PbS量子点能级结构的尺寸和配体依赖性及其对异质结电池性能的影响

无机材料学报, 2016, 31(9): 915-922. doi: 10.15541/jim20160017

PbS量子点能级结构的尺寸和配体依赖性及其对异质结电池性能的影响

王恒 ^1, , 翟光美 ^2, , 张继涛 ^3, , 杨永珍 ^4, , 刘旭光 ^5, , 李学敏 ^6, , 许并社 ^7,

1.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,新材料工程技术研究中心,太原030024;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054

2.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,新材料工程技术研究中心,太原030024;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054

3.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,新材料工程技术研究中心,太原030024

4.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,新材料工程技术研究中心,太原030024

5.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,新材料工程技术研究中心,太原030024;太原理工大学化学与化工学院,太原030024

6.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,新材料工程技术研究中心,太原030024

7.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室,新材料工程技术研究中心,太原030024

基金项目: Basic Research Projects of Shanxi Province(2014011016-6,2014021019-1,2015021103) Shanxi Provincial Key Innovative Research Team in Science and Technology(2015013002-10) 山西省科技创新重点团队(2015013002-10) National Natural Science Foundation of China(21471111,21176169,61475110,61404089,61504090) 国家自然科学基金(21471111,21176169,61475110,61404089,61504090) 电子薄膜与集成器件国家重点实验室开放课题(KFJJ201406) 山西省基础研究计划项目(2014011016-6,2014021019-1,2015021103)The Open Foundation of State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices(KFJJ201406)

关键词： PbS量子点 , 循环伏安 , 能级结构 , 太阳能电池

PbS Quantum Dots: Size, Ligand Dependent Energy Level Structures and Their Effects on the Performance of Heterojunction Solar Cells

Keywords： PbS quantum dot , cyclic voltammetry , energy level structure , solar cell

通过电化学循环伏安测试和吸收光谱测试,确定了有机配体(油酸)和原子配体(四正丁基碘化铵,TBAI)钝化的不同粒径(2.6～4.5 nm)PbS量子点的导带和价带能级,并研究了量子点尺寸对PbS/TiO2异质结电池(空气气氛中制备)性能的影响.结果表明:PbS量子点的能级结构受其粒径大小和表面配体特性的影响.当PbS量子点尺寸从2.6 nm增加至4.5 nm时,油酸包覆PbS量子点的导带底从-3.67 eV减小到-4.0 eV,价带顶从-5.19 eV增加到-4.97 eV,而对于TBAI配体置换的PbS量子点,其导带底和价带顶则分别从-4.15 eV和-5.61 eV变化至-4.51 eV和-5.46 eV.粒径为3.9 nm的PbS量子点所制备的电池性能最优,其能量转化效率达到2.32％,这可归因于其适宜的禁带宽度、结晶质量和良好的PbS/TiO2界面能级匹配度.

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