Optimizing Surface Chemistry of PbS Colloidal Quantum Dot for Highly Efficient and Stable Solar Cells via Chemical Binding

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作者
Long Hu,Qi Lei,Xinwei Guan,Robert Patterson,Jianyu Yuan,Chun‐Ho Lin,Jiyun Kim,Xun Geng,Adnan Younis,Xianxin Wu,Xinfeng Liu,Tao Wan,Dewei Chu,Tom Wu,Shujuan Huang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:8 (2): 2003138-2003138 被引量:70
标识
DOI:10.1002/advs.202003138
摘要

Abstract The surface chemistry of colloidal quantum dots (CQD) play a crucial role in fabricating highly efficient and stable solar cells. However, as‐synthesized PbS CQDs are significantly off‐stoichiometric and contain inhomogeneously distributed S and Pb atoms at the surface, which results in undercharged Pb atoms, dangling bonds of S atoms and uncapped sites, thus causing surface trap states. Moreover, conventional ligand exchange processes cannot efficiently eliminate these undesired atom configurations and defect sites. Here, potassium triiodide (KI 3 ) additives are combined with conventional PbX 2 matrix ligands to simultaneously eliminate the undercharged Pb species and dangling S sites via reacting with molecular I 2 generated from the reversible reaction KI 3 ⇌ I 2 + KI. Meanwhile, high surface coverage shells on PbS CQDs are built via PbX 2 and KI ligands. The implementation of KI 3 additives remarkably suppresses the surface trap states and enhances the device stability due to the surface chemistry optimization. The resultant solar cells achieve the best power convention efficiency of 12.1% and retain 94% of its initial efficiency under 20 h continuous operation in air, while the control devices with KI additive deliver an efficiency of 11.0% and retains 87% of their initial efficiency under the same conditions.
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