综述：基于量子点的钙钛矿太阳能电池电子传输材料

本综述系统探讨量子点基电子传输材料(QDs-ETMs)在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的应用进展，重点分析其通过能级调控、缺陷钝化和界面优化提升器件效率(PCEs)与稳定性的机制，为新型ETL设计提供重要参考。

　　

Abstract

钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）作为最具前景的光伏技术之一，近年来实现了显著的能量转换效率（Power Conversion Efficiencies, PCEs）提升。其性能突破的关键在于开发高效稳定的电子传输材料（Electron-Transporting Materials, ETMs）。基于量子点的电子传输材料（Quantum Dots-based ETMs, QDs-ETMs）因其独特的电子特性、可调节的能级、多重激子生成潜力以及通过有机或无机配体功能化实现的灵活表面化学性质而受到广泛关注。这些材料能够形成致密均匀的分布层，确保有效的电荷分离，这对实现高效率PSCs至关重要。

量子点ETMs的核心优势

QDs-ETMs在不同器件结构中能够改善钙钛矿层与电子传输层（Electron Transport Layer, ETL）之间的底界面或顶界面，并为钙钛矿层抵御水分、氧气、热量和紫外线辐射提供坚实保护。量子点（QDs）通过尺寸和组成工程实现的能带结构可调性，可精确控制电子提取过程，同时最小化界面损失。此外，表面钝化技术的最新进展使QDs-ETMs能够有效减少陷阱态并抑制非辐射复合，从而进一步提升器件效率。

材料特性与性能调控

量子点的电子特性可通过化学修饰进行精确调控。其尺寸依赖的量子限域效应允许研究人员通过改变纳米晶尺寸来调节能级位置，从而实现与钙钛矿层的理想能级对齐。多种量子点体系包括硫化铅（PbS）、硒化铅（PbSe）、硫化镉（CdS）和氧化锌（ZnO）等被广泛应用于ETL构建，每种材料都展现出独特的电荷传输行为和界面钝化能力。

界面工程与稳定性提升

QDs-ETMs在界面工程中发挥多重功能：不仅促进电子提取和空穴阻挡，还通过其致密结构形成物理屏障，防止环境因素对钙钛矿层的降解。表面配体工程在优化量子点间电接触和界面电荷转移动力学方面起着决定性作用，适当的配体选择可显著提高ETL的载流子迁移率和器件填充因子。

缺陷钝化机制

量子点表面的官能团能够与钙钛矿界面未配位的铅离子或卤素空位发生相互作用，有效钝化界面缺陷态。这种钝化机制减少了非辐射复合中心，提高了开路电压（V_OC）和整体器件性能。最新研究表明，经过精心设计的核壳量子点结构可同时提供优异的电子传输和钝化效果。

多重激子生成效应

量子点特有的多重激子生成（Multiple Exciton Generation, MEG）现象为突破传统单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限提供了可能。当高能光子被量子点吸收时，一个光子可以产生多个电子-空穴对，从而理论上可显著提高光电转换效率。

挑战与未来展望

尽管QDs-ETMs展现出巨大潜力，但其大规模应用仍面临诸多挑战：包括量子点批次间的均匀性、长期环境稳定性、配体交换过程的精确控制以及制备成本等问题。未来研究需要聚焦于开发新型量子点材料体系，优化界面设计策略，并深入理解量子点与钙钛矿界面处的电荷转移机制。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。