小分子界面工程调控PbS量子点/ZnO纳米线异质结能带结构提升红外太阳能电池性能

为解决红外吸收型PbS量子点与ZnO异质结能级失配导致的载流子传输效率低的问题，来自未知机构的研究人员通过五种含–OH、–SH、–CH3官能团的小分子对PbS QD/ZnO NW界面进行调控，成功将抑制载流子提取的尖峰型异质结转变为利于提取的悬崖型结，显著提升短路电流密度与外量子效率，为红外量子点太阳能电池界面设计提供分子选择依据。

　　

硫化铅(PbS)量子点(QDs)作为光伏吸收材料展现出独特优势，其吸收范围可从可见光区灵活调控至红外区。要实现PbS量子点/氧化锌(ZnO)异质结太阳能电池的高效化，关键在于精确调控PbS量子点与ZnO之间的能级对齐，这一因素显著影响载流子传输与复合动力学，尤其在采用红外吸收型PbS量子点时更为突出。本研究通过小分子界面工程系统性修饰PbS量子点/ZnO纳米线(NW)异质结，以提升红外太阳能电池性能。研究人员战略性地选取五种分别带有羟基(–OH)、巯基(–SH)和甲基(–CH₃)官能团的小分子，基于其分子偶极矩、吸电子能力及在ZnO表面的覆盖度等参数调控界面能带结构。分子修饰实验揭示了影响导带底、价带顶和费米能级的关键参数，从而重塑了异质结的整体能带构型。受控的界面工程成功将阻碍载流子从PbS量子点区向ZnO区传输的尖峰型异质结转化为更利于载流子提取的悬崖型结。具有悬崖型异质结的太阳能电池表现出显著增强的短路电流密度和外量子效率。值得注意的是，界面处的载流子复合频率强烈依赖于修饰分子所引入的官能团类型。该研究为调控金属氧化物/红外量子点异质结太阳能电池性能的分子设计与选择提供了重要理论依据。