北航张晓亮团队: 钙钛矿量子点表面基质管理与高效太阳能电池应用综述

学术   2024-07-31 10:34   英国  

研究背景

作为新兴光电材料,卤化铅钙钛矿量子点 (PQDs) 具有可调节带隙,长载流子寿命,优异的相位稳定性和可溶液加工性能等特点,成为开发新一代太阳能电池最有潜力的材料之一。

然而,PQD 表面基质对于提高 PQDs 的光电物理性能和稳定性至关重要,直接决定了钙钛矿量子点太阳能电池 (PQDSCs) 的能量转化效率和稳定性 (Energy Environ. Sci. 2024, 17, 2145;Adv. Mater. 2024, 36, 2306854;ACS Energy Lett. 2023, 8, 4386;Adv. Mater. 2023, 35, 2212160;Joule, 2022, 6, 1632)。因此,构建具有高光伏性能和稳定性的 PQDSCs 迫切需要对 PQDs 进行表面基质进行管理。

文章简介

近日,北京航空航天大学张晓亮教授团队综述了基于 PQD 表面基质管理的可行策略,并探讨了它们在光电应用中的最新进展,重点介绍了增强 PQDSCs 光电性能和稳定性的新兴策略和相应机制。

  • 图1:PQDSCs 发展的显著进展图
该综述全面讨论了 PQDs 在各个阶段的表面基质演变规律和原因,深入讨论了从材料合成到器件制备过程中表面基质经纯化和配体交换后的微观变化。同时,PQDSCs 的工作原理以及 PQD 表面基质对其器件性能的影响也在文章中被详细介绍。

  • 图2:PQDs 的表面基质演变
更值得注意的是,该综述重点强调了表面基质管理的两大类策略,即表面基质重构和表面基质拆除。从表面基质重构出发,文中强调了重建由油酸(OA)和油胺(OAm)脱附产生的有缺陷的表面基质的不同方法,这些方法可以有效地钝化表面基质上的空位,显著减少了载流子的非辐射复合,并增强了表面基质的稳定性。此外,还概述了通过刻蚀和表面基质介导的成分工程对表面基质进行适当拆除的方法,以此实现对 PQD 表面的可控刻蚀和对 PQD 成分的精确调节。最后,基于对上述表面基质管理方法的全面总结,进一步分析表面基质管理与 PQD 和 PQDSCs 的电荷载流子动力学的关系,并讨论了其对器件储存和运行稳定性的影响,强调了不同表面基质管理方法对器件载流子行为和器件稳定性的作用效果。

  • 图3:通过重构和拆除对 PQDs 的表面基质管理
最后,综述还对通过表面基质管理进一步提高 PQDSCs 光伏性能和器件稳定性中存在的挑战和潜在的机遇进行了探讨。PQD 的表面基质管理将推动 PQDSCs 的商业化应用,促进可再生能源的充分利用与发展,成为未来光电领域重要的研究方向之一。

  • 图4:光伏应用中量子表面基质管理的创新和挑战

该成果以“Surface Matrix Regulation of Perovskite Quantum Dots for Efficient Solar Cells”(《钙钛矿量子点的表面基质管理及其应用于高效太阳能电池综述》)为题,发表在能源领域国际顶级期刊-英国皇家化学会期刊 Energy & Environmental Science 上。该工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。

论文信息

  • Surface Matrix Regulation of Perovskite Quantum Dots for Efficient Solar Cells

    Shuhuai Xiao, Xinyi Mei and Xiaoliang Zhang*

    Energy Environ. Sci.,2024
    https://doi.org/
    10.1039/D4EE01629G

作者简介

肖舒怀 硕士研究生
北京航空航天大学

本文第一作者,北京航空航天大学材料科学与工程学院 2023 级硕士研究生,导师为张晓亮教授,主要研究方向为量子点光电材料及其高性能太阳能电池应用。






张晓亮 教授
北京航空航天大学

本文通讯作者,北京航空航天大学教授,博士生导师,材料化学系主任。入选国家海外高层次人才青年项目和北航青年拔尖人才项目,长期从事新型光电材料的基础研究和光电器件的应用研究,提出了量子点表面基质构筑理论与方法,揭示了量子点材料的光电物理性能与材料表面基质间的构效关系,研制出能量转换效率最高的量子点太阳能电池器件,相关成果在 Joule、Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition Advanced Materials 等知名学术期刊发表论文 100 余篇,多篇论文入选 ESI 高被引论文,并受邀撰写综述论文多篇,主持国家自然科学基金项目和国家重点研发计划课题等项目,担任《物理化学学报》、《Susmat》和《Energy Materials Advances》等期刊编委/青年编委职务。

相关期刊

A journal linking all aspects of the chemical, physical and biotechnological sciences relating to energy conversion and storage, alternative fuel technologies and environmental science

rsc.li/ees

Energy Environ. Sci.

2-年影响因子*32.4
5-年影响因子*34.5
JCR 分区*Q1 化学-多学科
Q1 能源&燃料  
Q1 工程-化工
Q1 环境科学
CiteScore 分50.5
中位一审周期36 


Energy & Environmental Science 致力于发表非常重要、非常高质量的权威性研究工作,以应对能源供应和环境保护方面的全球性重大挑战。鉴于能源转换和存储、替代燃料技术和环境科学相关问题与挑战的复杂性,本刊的发文范围广泛,但都必须与能源环境问题有所关联,并且应能引起广大读者的广泛关注。所发表论文的主题既包括具有重大影响的基础研究,也涵盖了横跨(生物)化学、(生物/地球)物理科学和化学工程学的跨学科研究和分析工作。

Chair
  • Jenny Nelson
    🇬🇧 伦敦帝国理工学院

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    🇨🇳 中科院大连化物所

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    🇺🇸 斯坦福大学

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    🇯🇵 东京大学

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    🇩🇰 哥本哈根大学

  • Jennifer Wilcox
    🇺🇸 宾夕法尼亚大学

  • Karen Wilson
    🇦🇺 格里菲斯大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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