原位碳量子点嵌入电沉积CdS薄膜作为电子传输层提升PbS太阳能电池性能研究

本文推荐：研究团队创新性地采用电沉积(ED)技术结合原位碳量子点(CQD)嵌入策略，成功制备出具有优异表面均匀性、高透明度和长激发态寿命的CdS@CQD电子传输层(ETL)。该技术首次实现CdS/PbS太阳能电池7.47%的光电转换效率(PCE)，通过形成CdS-CQD型-II异质结显著促进激子解离和界面电荷转移，为调控载流子浓度(ND)与厚度参数提供了新思路。

　　

Highlight

材料与方法：采用三电极体系（FTO/ITO工作电极、铂对电极、Ag/AgCl参比电极）进行CdS电沉积(ED)，原料包含氯化镉(CdCl₂·H₂O)、硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)等。通过调控ED时间（5-20分钟）和CQD嵌入浓度（0-1.5 mg/mL），系统优化薄膜特性。

Results and Discussion

电沉积CdS薄膜展现出独特的纳米棒-纳米片混合形貌（图2b）。原位CQD嵌入使薄膜密度提升23%，可见光区（>500 nm）透光率提高至92%。紫外光电子能谱(UPS)证实CQD诱导CdS导带偏移0.3 eV，形成有利于电荷分离的型-II能带排列。瞬态吸收光谱显示CQD嵌入样品激发态寿命延长至纯CdS的2.7倍，归因于缺陷态钝化效应。最优器件（ITO/CdS@CQD 110 nm/PbS 460 nm/Au）实现J_sc=36.2 mA/cm²、V_oc=0.62 V的突破性性能。

Conclusions

本研究开创性地将电沉积CdS@CQD应用于PbS量子点太阳能电池，通过精准调控ED时间和CQD浓度，实现载流子迁移率与光吸收的协同优化。CQD的嵌入不仅改善薄膜形貌，更通过能带工程构建高效电荷传输通道，为发展低成本、可规模化的新型ETL提供了范式。