博文
氢碘酸添加剂：提升PbS量子点光伏器件性能
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Hydroiodic Acid Additive Enhanced the Performance and Stability of PbS‑QDs Solar Cells via Suppressing Hydroxyl Ligand
1 将氢碘酸作为添加剂引入硫化铅量子点墨水工艺中，极大地抑制了量子点表面的羟基基团，提升了碘配体的表面钝化效果，同时改善了器件稳定性。 华中科技大学宋海胜教授团队和南方科技大学程春副教授团队系统地研究了将氢碘酸作为添加剂引入到硫化铅量子点墨水法中的化学过程，发现氢碘酸中的氢离子（H+）可以与其表面的羟基基团（OH–）发生中和反应，同时氢碘酸中的碘离子（I–）与量子点表面未成键的铅原子结合形成配位键，从而实现了量子点表面抑制羟基基团和增强碘配体钝化的双重效果。 如图1，在常规的量子点墨水工艺中，初始的硫化铅量子点（PbS-QDs）分散于正辛烷中，而碘化铅（PbI2）配体溶解于DMF溶剂中，将两种溶液混合后，会发生液相分层现象，将混合溶液振荡数分钟后，完成液相交换。此时，PbS-QDs会从正辛烷中转移到DMF相中，形成PbI2-PbS QDs，量子点表面的配体由初始大量的油酸（OA）和羟基（OH）转变为碘离子配体和部分羟基。在引入氢碘酸（HI）添加剂的PbI2-HI-PbS QDs实验组中，OH被氢碘酸的H+消耗，其中的I–将键合未配位的Pb原子。 图1 (a) PbS-QDs液相交换示意图；(b)PbS-QDs溶液体系中引入HI前后的PbS-QDs表面配体环境。 将配体交换后的PbS-QDs溶液旋涂制备成薄膜，对两种薄膜进行X射线光电子能谱（XPS）测试（图2），从薄膜样品的O1s峰和I 3d峰的分峰信息可知，我们发现添加了氢碘酸的量子点（w/HI PbS）薄膜比未添加PbS-QDs（w/o HI PbS）有更弱的羟基信号，而碘配体信号得到增强。 图2 (a-c) 两种PbS-QDs表面的XPS图谱的O 1s信号；(d-f)两种PbS-QDs表面的XPS图谱的I 3d信号。 II 硫化铅量子点器件性能表征 PbS-QDs太阳能电池器件结构如图3（a）所示，从图3（b）我们知道HI处理后的w/HI-PbS器件的Voc，Jsc，FF都得到相应提升，实现了13%左右的性能提升，最终能量转化效率达到10.78%，且其器件的整体转化效率优于未用HI处理的w/o HI-PbS器件（图3d）。如图4，我们探究了不同PbI2:HI摩尔比例下的PbS-QDs器件性能，当HI添加剂的量为PbI2的2%时取得最佳器件性能。 III 硫化铅量子点器件物理表征 经过系列器件物理表征，如图5-6所示，我们发现，用HI处理的w/HI-PbS器件其体内和界面缺陷得到一定程度地抑制，从而降低了载流子复合，增强了载流子传输，最终实现了PbS-QDs太阳能电池的器件性能提升。 图6 PbS-QDs太阳能电池在不同缺陷浓度条件下的(a) 模拟能带图和(b) J-V曲线图；(c) 两种处理工艺下的PbS-QDs器件的光生载流子传输示意图。 宋海胜 华中科技大学，武汉光电国家研究中心 教授、博士生导师 ▍主要研究成果 课题组已有多篇相关方向的代表性研究工作（Nature Energy, Advanced Materials,Advanced Energy Materials, Nano letter, ACS Nano etc.）。 ▍Email: songhs-wnlo@mail.hust.edu.cn 程春 南方科技大学材料科学与工程系 副教授、博士生导师 ▍主要研究成果 课题组已有多篇相关方向的代表性研究工作（Nature Communications, Nano Letter, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society, Journal of Materials Chemistry A etc.）。 ▍Email: 唐江 华中科技大学，武汉光电国家研究中心 教授、博士生导师 ▍主要研究成果 课题组已有多篇相关方向的代表性研究工作（Nature, Nature Energy, Nature Photonics, NatureMaterials, Nature Communications etc.）。 ▍Email: 撰稿：原文作者 编辑：《纳微快报》编辑部 E-mail：editorial_office@nmletters.org
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