太阳能领域的突破性研究突破推动了世界上最高效的量子点(QD)太阳能电池的开发，标志着下一代太阳能电池商业化的重大飞跃。这种尖端的量子点解决方案和设备表现出了卓越的性能，即使在长期存储后也能保持其效率。由 UNIST 能源与化学工程学院 Sung-Yeon Jang 教授领导的一个研究小组推出了一种新型配体交换技术。这种创新方法能够合成基于有机阳离子的钙钛矿量子点(PQD)，确保卓越的稳定性，同时抑制太阳能电池光敏层的内部缺陷。
“我们开发的技术在 QD 太阳能电池中实现了令人印象深刻的 18.1% 效率，”Jang 教授说道。“这一非凡成就代表了著名的美国国家可再生能源实验室(NREL)认可的量子点太阳能电池中的最高效率。”
人们对相关领域日益浓厚的兴趣是显而易见的，去年，三位发现和开发量子点这种先进纳米技术产品的科学家荣获诺贝尔化学奖。量子点是半导体纳米晶体，典型尺寸为几纳米到几十纳米，能够根据其粒径控制光电特性。尤其是PQD，由于其出色的光电特性而引起了研究人员的极大关注。此外，它们的制造过程涉及简单的喷涂或应用于溶剂，从而无需在基板上进行生长过程。这种简化的方法可以在各种制造环境中实现高质量生产。
然而，量子点作为太阳能电池的实际应用需要一种通过配体交换来减少量子点之间距离的技术，配体交换是一种将大分子(例如配体受体)结合到量子点表面的过程。有机 PQD 面临着显着的挑战，包括替代过程中晶体和表面的缺陷。因此，无机 PQD 的效率有限，最高可达 16%，主要用作太阳能电池材料。
在这项研究中，研究团队采用了基于烷基碘化铵的配体交换策略，有效地用配体替代了具有优异太阳能利用率的有机PQD。这一突破使得能够为太阳能电池创建具有高替代效率和受控缺陷的光敏量子点层。
因此，以前使用现有配体取代技术将有机 PQD 的效率限制为 13%，现已显着提高至 18.1%。此外，这些太阳能电池表现出卓越的稳定性，即使在长期储存两年以上后仍能保持其性能。新开发的有机PQD太阳能电池同时表现出高效率和稳定性。
该研究的第一作者 Sang-Hak Lee 表示：“之前对 QD 太阳能电池的研究主要采用无机 PQD。” “通过这项研究，我们通过解决与有机 PQD 相关的挑战来展示了其潜力，这些挑战已被证明难以利用。”
Jang教授评论道：“这项研究为有机PQD中的配体交换方法提供了一个新方向，作为未来量子点太阳能电池材料研究领域革命性的催化剂。”
这项研究的结果由 Javid Aqoma Khoiruddin 博士和 Sang-Hak Lee 共同撰写，已于 2024 年 1 月 27 日在线发表在《 自然能源》 杂志上。这项研究是在“基础研究实验室”(BRL) 的支持下得以实现的。 )”和“职业生涯中期研究员计划”，以及由科学技术和信息通信技术部(MSIT)下属的韩国国家研究基金会(NRF)资助的“纳米·材料技术开发计划”。它还获得了“全球基础研究实验室项目”的支持。
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