ZnO窗口层的优化:提升PbS量子点太阳能电池的效率

胶体量子点广泛应用于太阳能、光电探测器、发光二极管等光电器件中。在太能能应用中,量子点的带隙可通过量子尺寸效应调节以适应太阳光谱的宽吸收谱。尤其,当基于胶体量子点的多激子效应报道后,使得高能光子的使用成为可能,从而也使其成为潜在的光吸收材料。在目前的器件结构中,ZnO-PbS即是效率最高和稳定的耗尽层异质结。

在PbS量子点太阳能电池的研究中,与吸收层的热门研究相比,大家对窗口层关注较少。其实,窗口层在激子分离、电荷漂移等等方面起着重要的作用。ZnO由于具有相对高的电子迁移率、环境稳定性、高透光性等是一种比较理想的n型窗口层。据报道,用ZnO作为窗口层,已经获得了8-9.9%的转换效率。溶胶-凝胶法是常用的制备ZnO层的方法,但表面缺陷和悬空键的存在成为了俘获位和复合中心。因此,为了改善异质结的界面质量,通常采用掺杂和表面钝化等策略。

华中科技大学的宋海胜教授课题组用LBL溶胶-凝胶法优化制备了ZnO窗口层,系统研究了ZnO窗口层对改善量子点太阳能电池效率的作用。研究发现,具有适宜厚度和掺杂浓度的优化后的ZnO薄膜可平衡光电性能,其能带排列与吸收层匹配便于电荷的有效提取。进一步的表征发现窗口层优化有助于降低表面缺陷,提高异质结质量、以及拓宽耗尽层宽度。与控制器件相比,优化的器件效率从4.3%提升至6.7%,开路电压增加至18%,短路电流21%,FF因子10%,功率转换效率58%。此工作提出了一种通过优化窗口层改善器件性能的有效途径。

全文链接http://dx.doi.org/10.1007/s40820-016-0124-2

文章引用信息:

Xiaokun Yang, Long Hu, Hui Deng, Keke Qiao, Chao Hu, Zhiyong Liu, Shengjie Yuan, Jahangeer Khan, Dengbing Li, Jiang Tang, Haisheng Song, Chun Cheng, Improving the Performance of PbS Quantum Dot Solar Cells by Optimizing ZnO Window Layer. Nano-Micro Lett. (2017) 9: 24, http://dx.doi.org/10.1007/s40820-016-0124-2

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