胶体量子点拥有带宽可调节、造价低廉等优势，被认为是一种应用前景广阔的太阳能电池材料，其中硒化铅（PbSe）量子点以多重激子效应和高效载流子迁移为著称。然而，硒化铅量子点在空气中非常容易氧化，这导致其表面具有较多缺陷，从而限制了对应的太阳能电池的开路电压和填充因子，阻碍了其光电转发效率的进一步提高。因此，硒化铅量子点电池急需寻求一种有效钝化表面缺陷的方法，以提高其在空气中的稳定性与电池效率。
近日，澳大利亚新南威尔士大学的Zhilong Zhang 博士（第一作者）与Shujuan Huang博士（通讯作者）等人在Advanced Materials上发表题为“A New Passivation Route Leads to Over 8% Efficient PbSe Quantum Dot Solar Cells via Direct Ion Exchange with Perovskite Nanocrystals”的文章。 该文章报道了一种创新的表面钝化方法：通过铯铅溴/碘钙钛矿纳米晶与表面含氯的硒化铅量子点之间进行离子交换，在硒化铅量子表面形成更稳定的混合卤化物钝化层。这不仅有效地提高了其荧光量子产率和在空气中的稳定性，更进一步地把硒化铅量子点太阳能电池的最高光电转化效率提高至8.2%。这是首次公开报道的光电转化效率超过8%的硒化铅量子点太阳能电池，本项研究的研究团队在2016年曾在Advanced Energy Materials上报道了第一个效率高于7%的硒化铅量子点太阳能电池。此外，通过该钝化处理的器件同时展示了非常好的空气稳定性，在没有封装的情况下在空气中存放57天后仍能保持其初始光电转化效率的95%。
文献链接：A New Passivation Route Leading to Over 8% Efficient PbSe Quantum-Dot Solar Cells via Direct Ion Exchange with Perovskite Nanocrystals (Adv. Mater., 2017, 1703214, DOI: 10.1002/adma.201703214 )
图1. 硒化铅量子点（PbSe QDs）与铯铅溴/碘钙钛矿纳米晶（CsPbBr3/CsPbI3）之间的离子交换过程示意图与交换前后材料的发光和吸收光谱。
(a)PbSe QDs（Cl钝化） 与CsPbBr3/CsPbI3钙钛矿纳米晶之间的卤族离子交换过程示意图。
(b)交换反应后混合物的在紫外灯下的可见区发光，其发光颜色由CsPbBr3/ PbSe的初始混合比例决定。
(c)图1(b)中的混合物在可见区的光致发光光谱。
(d)CsPbI3钙钛矿纳米晶与PbSe QDs发生离子交换后的光致发光光谱变化。
(e)交换反应后经过提纯的PbSe QDs的吸收与发光光谱。
图2. 透射电子显微镜（TEM）下的PbSe QDs与钙钛矿纳米晶混合物和通过X光能量色散谱（EDS）的得到卤族元素分布图
(a)PbSe QDs与CsPbBr3钙钛矿纳米晶混合物的TEM照片。
(b)经过CsPbI3钙钛矿纳米晶处理后的PbSe QDs的TEM照片。
(c)-(d) 氯元素在图2(a)与(b)中的分布。
(e) 溴元素在图2(a)中的分布。
(f) 碘元素在图2(b)中的分布。
图3. 运用不同钝化处理后的PbSe QDs所制备的太阳能电池的性能分析
(a)以三种不同钝化处理后PbSe QDs所制备的太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线。
(b)PbSe QDs太阳能电池的外量子产率曲线。
(c)这三种太阳能电池的效率分布图。
(d)-(e) 未经处理与经CsPbBr3钙钛矿纳米晶处理的PbSe QDs薄膜的瞬态吸收光谱。
(f) 三种PbSe QD太阳能电池的光电转换效率随时间的变化。
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