鈣鈦礦量子點(diǎn)QDSC太陽(yáng)能光伏電池（(鉛硫族化合物/鉛鹵化物鈣鈦礦/和無(wú)鉛量子點(diǎn))

因其帶隙可調(diào)性、易于低溫墨水處理、強(qiáng)可見(jiàn)-紅外吸收和潛在的多激子產(chǎn)生，膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池成為第三代光伏電池的候選之一。據(jù)報(bào)道，在過(guò)去幾年中，不同類型的膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率，得到了前所未有的提高，使得它們的大規(guī)模制造具有吸引力。然而，膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性對(duì)于工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)仍然是不夠的，特別是當(dāng)它們?cè)陬愃铺��?yáng)光照的環(huán)境大氣下工作時(shí)。

集中分析了三類量子點(diǎn)(鉛硫族化合物，鉛鹵化物鈣鈦礦，和無(wú)鉛量子點(diǎn))，并探討了目前對(duì)其降解機(jī)制的理解。對(duì)于每種材料，從材料科學(xué)和器件工程的角度討論了穩(wěn)定性改進(jìn)的策略。提出了一種表征膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的方法，這有助于世界范圍內(nèi)的研究人員獲得結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)比。

膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池（QDSC）

自從發(fā)現(xiàn)納米材料在光電應(yīng)用中的巨大潛力以來(lái)，就吸引了研究者的興趣。一旦納米晶體的尺寸小于其相應(yīng)的玻爾激子半徑，由于決定其物理性質(zhì)的量子限制效應(yīng)，這些材料被稱為量子點(diǎn)。這些膠體量子點(diǎn)（QD）具有幾個(gè)有用的特性：尺寸可調(diào)帶隙，窄發(fā)射光譜和環(huán)境空氣溶液的可加工性等。QD可以由單個(gè)原子物質(zhì)（例如硅）或化合物半導(dǎo)體（例如Cd或Pb硫族化物）制成。

在光伏領(lǐng)域，研究較廣泛的量子點(diǎn)是硫?qū)僭�素鉛（PbX，X = S，Se，Te）或較近的金屬鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)。QD還廣泛用于與發(fā)光有關(guān)的應(yīng)用中，例如在發(fā)光二極管（LED）和熒光生物標(biāo)記中。在這些應(yīng)用中，通常使用所謂的核殼量子點(diǎn)，其中帶有寬帶隙半導(dǎo)體殼的硫?qū)冁k化物只是一個(gè)例子。[量子點(diǎn)也發(fā)現(xiàn)他們的方式進(jìn)入量子點(diǎn)已經(jīng)在固態(tài)激光器中使用過(guò)的一些其他-的InAs技術(shù)，而硫化鉛量子點(diǎn)-作為CO 2的催化劑。[量子點(diǎn)的獨(dú)特表面特性甚至已經(jīng)成為他們自己的研究領(lǐng)域。由于尺寸小，QD中的原子百分比很高，位于表面，對(duì)于2 nm QD約為25％，僅舉一個(gè)例子。[  QD表面通常被稱為配體的鈍化分子覆蓋，該分子可能屬于各種類別-有機(jī)或無(wú)機(jī)，單齒或雙齒，單原子或長(zhǎng)鏈；這些配體可用于根據(jù)需要對(duì)QD進(jìn)行功能化，具體取決于其所需的用途（圖 1）。）不管較終應(yīng)用是什么，QD都必須具有一個(gè)共同的特征：長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因?yàn)樯鲜鏊�有�?yīng)用都依賴于穩(wěn)定的QD，在較佳情況下其壽命應(yīng)超過(guò)數(shù)年。這種長(zhǎng)期穩(wěn)定性的動(dòng)機(jī)本質(zhì)上可能是經(jīng)濟(jì)上的，例如商業(yè)規(guī)模的太陽(yáng)能電池或發(fā)光二極管（LED）。對(duì)于生物應(yīng)用而言，穩(wěn)定性甚至更為重要，因?yàn)榻到饪赡芤馕吨�產(chǎn)生對(duì)生物體有害的有毒副產(chǎn)物。

在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的幾種QD材料的草圖摘要。它們的光電特性通過(guò)核心尺寸/組成和表面配體鈍化來(lái)調(diào)節(jié)。在左下方的面板中，EDT和OA代表1,2-乙二硫醇和油酸配體，它們?cè)谔��?yáng)能電池應(yīng)用中非常常見(jiàn)。在較后一個(gè)面板中，顯示了QD降解的三種**途徑。

重點(diǎn)關(guān)注膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池（QDSC）的穩(wěn)定性。據(jù)較近報(bào)道，這項(xiàng)新興的光伏技術(shù)已被研究了十多年，并迅速達(dá)到了高功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），例如PbS的14％或鈣鈦礦QDSC的16.6％。

盡管QDSC的PCE一直在穩(wěn)定增長(zhǎng)，但與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，設(shè)備的穩(wěn)定性仍處于較低端。在許多出版物中，在避免正常應(yīng)用中通常存在的應(yīng)力因素的環(huán)境中測(cè)試了制造的太陽(yáng)能電池的壽命。較重要的是，許多出版物使用稍微不同的方法來(lái)確定細(xì)胞的穩(wěn)定性，這使得不同研究之間的直接比較變得復(fù)雜。

在過(guò)去的幾年中，為使QDSC更加穩(wěn)定，已經(jīng)取得了許多進(jìn)步，并將在以下各節(jié)中從材料科學(xué)和器件工程的角度來(lái)討論這些問(wèn)題。幾種主要的QD材料將分別介紹：硫族化物鉛QD，鹵化鈣鈦礦鉛QD和無(wú)鉛QD。

2個(gè)硫族化物鉛量子點(diǎn)

硫族酸鉛是一種通用的半導(dǎo)體材料，就已用于光電設(shè)備中，較近又被用作第三代太陽(yáng)能電池的組件。

由硫化鉛，硒化物和碲化物（PbX：PbS，PbSe和PbTe）制成的QD具有使其特別可用作光伏光收集器的特性。由于它們的大玻爾半徑和強(qiáng)大的量子約束效應(yīng)， PbX QD具有廣泛的點(diǎn)間波函數(shù)重疊，導(dǎo)致卓越的電子耦合。

他們基于解決方案的綜合成本相對(duì)較低且可擴(kuò)展，可以進(jìn)行修改以產(chǎn)生具有一系列所需帶隙的QD。盡管這類材料在光伏應(yīng)用中具有很高的潛力，但它們?cè)诃h(huán)境條件下降解的趨勢(shì)提出了重大挑戰(zhàn)。

我們將討論活動(dòng)QD層和其他組成層中PbX QD退化的原因。然后，將提出一些提高PbX穩(wěn)定性的常用策略。

在三種硫?qū)倭蚧�物鉛中，硫化鉛（PbS）已被研究較多，并在光伏應(yīng)用中得到了成功的利用。像PbSe和PbTe一樣，它具有巖石鹽立方晶體結(jié)構(gòu)。PbS的體帶隙為0.4 eV，可通過(guò)將QD直徑減小到1.8 nm來(lái)增加至2.3 e。自1950年代以來(lái)，已將PbS塊狀晶體用作紅外探測(cè)器的較常用傳感器材料。

這種材料用于QDSC的歷史可以追溯到2000年代初，這是McDonald等人的開(kāi)創(chuàng)性工作。他們將它們合并到溶液處理的光伏中。

此后，硫化鉛QDSCs的性能已經(jīng)穩(wěn)步上升至14％的較新記錄在PCE 2020 合成量子點(diǎn)的PbS較常見(jiàn)的方法是所謂的“熱注入的合成，” 涉及將雙（三甲基甲硅烷基）硫化物注入氧化鉛（PbO）和油酸的溶液中，導(dǎo)致硫化鉛納米晶體被油酸鹽配體覆蓋。

硒化鉛和碲化物是QDSC材料的另外兩個(gè)很好的選擇。實(shí)際上，在光伏應(yīng)用的背景下，它們的某些特性使其有可能優(yōu)于PbS。例如，與PbS相比，它們的激子玻爾半徑更大（PbS為18 nm，PbSe ]為46 nm，PbTe 為和150 nm為150 nm ），從而增加了電子耦合，并提供了多個(gè)電子生成（MEG）。[在碲化鉛太陽(yáng)能電池中，已經(jīng)證明了通過(guò)MEG的外部量子效率超過(guò)100％。盡管PbSe和PbTe有望實(shí)現(xiàn)，但是與PbS相比，它們?cè)谘趸�降解中的抵抗力要低得多，因此阻礙了它們?cè)诠夥�電池中的使用。這種較高的氧化敏感性是由于與硫相比，硒和碲的電負(fù)性降低。

pg電子官方生物供應(yīng)產(chǎn)品：

稀土鈣鈦礦修飾氧化碳催化劑

鈣鈦礦氧化物燃料電池ＳＯＦＣ

鈣鈦礦錳氧化物磁制冷材料

鈣鈦礦氧化物透氧膜材料

鈣鈦礦復(fù)合氧化還原催化劑

鈣鈦礦型ＬａＦｅＯ3及ＬａＦｅ1-ｘＣｕｘＯ3化合物

堿土金屬摻雜的鈣鈦礦氧化物

鈣鈦礦敏化TiO2-SrTiO3納米棒

鈣鈦礦CH3NH3PbI3光敏劑

CsSnI(2.95)-F(0.05)太陽(yáng)能電池

全固態(tài)鈣鈦礦敏化ZnO-TiO2

TiO2/SrTiO3染料敏化太陽(yáng)能電池DSSCs

堿金屬鈦酸鹽Li4Ti5O(12)尖晶石結(jié)構(gòu)

鈣鈦礦堿土金屬鈦酸鹽MTiO3(M=Ca,Sr和Ba)

SrTiO3薄膜電極材料

染料/鈣鈦礦敏化多形貌納米TiO2

柔性有序ZnO納米棒/TiO2納米粒子復(fù)合薄膜

鐵電體鈣鈦礦-TiO2/金屬硫化物

ZnO/TiO2染料敏化太陽(yáng)能電池

TiO2 納米線/Sb2S3/CuI/Au太陽(yáng)能電池

二氧化鈦粉體-氟化鈣材料CaF

Y摻雜BaZrO3基鈣鈦礦固體氧化物

BaZr(0.9)Y(0.1)O(2.95)(BZY10)基體材料

CaF2摻雜BSTO陶瓷材料

摻雜氧化鈮-鈦酸鍶鋇鐵電陶瓷材料

摻雜Bi2O3對(duì)鈦酸鍶鋇鐵電陶瓷材料

MgO摻雜對(duì)BSTO鐵電陶瓷材料

Al2O3-MgO復(fù)合摻雜鈦酸鍶鋇陶瓷材料

Sb2O3摻雜(Ba0.7Sr0.3)Ti1介電陶瓷

Mn/Zr共摻雜鈦酸鍶鋇/氧化鎂復(fù)合陶瓷材料

ZrO2/MnO2共摻雜鈦酸鍶鋇復(fù)合氧化物

ZnO/Nb2O5共摻雜鈦酸鍶鋇陶瓷

TiO2/SrCO3/BaCO3摻雜Sr陶瓷材料

Dy2O3摻雜鈦酸鍶鋇基陶瓷

稀土氧化物La2O3-BSTO/MgO鐵電材料

稀土氧化物Sm2O3-BSTO/MgO鐵電材料

稀土氧化物Dy2O3-BSTO/MgO鐵電材料

稀土氧化物CeO2-BSTO/MgO鐵電材料

尖晶石NiMn2O4(NMO)鎳錳基/鐵基鈣鈦礦材料

雙層鈦礦復(fù)合氧化物Sr2BBO6

鲺鈦礦(LaTb)SrMnO摻雜鈣鈦礦型錳氧化物

鈣鈦礦復(fù)合氧化物La1-xCaxCoO3納米晶

La1-xCaxCoO3納米晶

負(fù)載鑭鈰氧化物-二氧化鈦納米管陣列

ABO3鈣鈦礦型復(fù)合氧化物LaNiO3

稀土鈣鈦礦復(fù)合氧化物La2CoMnO6

稀土鈣鈦礦復(fù)合氧化物LaCoO3

多層納米晶薄膜LaMO3

**鈣鈦礦型LaC003類球形顆粒

Pr6O11-Mn(NO3)2**鈣鈦礦PrMnO3

堿土金屬鈣鈦礦復(fù)合氧化物(ABO3)

LaNiO3鈣鈦礦氧化物

LaFeO3鈣鈦礦復(fù)合氧化物

LaCoO3納米晶鈣鈦礦復(fù)合氧化物

鈣鈦礦氧化物LaMnO3空心球

錳酸鑭和鐵酸鑭納米空心球

大顆粒鈣鈦礦型復(fù)合氧化物LaMnO3+λ

單分散M型鋇鐵氧體亞微空心球

PS/TiO2(核/殼)復(fù)合球

鈣鈦礦型BaZrO3負(fù)載釕催化劑

稀土元素?fù)诫sBaZrO3-δ基鈣鈦礦負(fù)載釕氨合成催化劑

TiZrHfNbTaMe)C(Me=V,Cr,Mo,W)高熵陶瓷氧化物

Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta過(guò)渡金屬TMNs碳氮化物高熵陶瓷

YBaCuO摻雜ErYBa2Cu3Ox/YBa2Cu3(OF)x1超導(dǎo)陶瓷材料

HgBa2Ca2Cu3O8+δ超導(dǎo)體材料

無(wú)鉛Ba(Zr(0.2)Ti(0.8)O3鐵電陶瓷材料

硅烷偶聯(lián)劑包覆鈣鈦礦復(fù)合氧化物顆粒

鈣鈦礦鐵基復(fù)合氧化物

BaTiO3-(Na1/4Bi3/4)(Mg1/4Ti3/4)O3介電陶瓷

鈣鈦礦復(fù)合氧化物La1—xSrxFeO3納米晶

鐵電體鈣鈦礦/一維TiO2NRs陣列半導(dǎo)體復(fù)合材料

Ni/Ba共摻雜鈮酸鉀-TiO2NRs(KBNNO@TiO2NRs)

Co/Ba共摻雜鈮酸鉀-TiO2NRs(KBCNO@TiO2NRs

PbS(n)/TiO2NRs/AgSbS2-TiO2NRs半導(dǎo)體材料

Ni/Ba和Co/Ba共摻雜的KNbO3材料

LaMg1/3W2/3O2N氧氮型鈣鈦礦材料

PbTiO3/ZnO納米復(fù)合材料

PbTiOs/CdS納米復(fù)合材料

BaTiO_3/Graphene納米復(fù)合材料

SrTiO_3/Graphene納米復(fù)合材料

PbTiO3納米片單晶復(fù)合材料

單晶單疇二維PTO納米片

SrTiO3(STO)-PTO單晶異質(zhì)結(jié)

CoFe2O4(CFO)-PTO單晶異質(zhì)結(jié)

Pt-PTO/Au-PTO單晶復(fù)合材料

TiO2/PbTiO3單晶異質(zhì)結(jié)

Fe摻雜鈣鈦礦相PT類單晶材料

BaxSr1-xTiO3微弧氧化鐵電薄膜

Ba(1-x)Sr(x/2)Ca(x/2))TiO3陶瓷介電材料

鈦酸鍶鋇Ba(1-x)SrxTiO3基鐵電陶瓷薄板

有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料CH3NH3PbI3

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池：FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Ag

BaSbInO雙鈣鈦礦

Ag-TiO2-(CH3NH3PbI3)鈣鈦礦薄膜電池

Ag-CH_3NH_3PbI_3基鈣鈦礦薄膜電池

鈣鈦礦敏化ZnO-TiO2核殼結(jié)構(gòu)納米棒陣列

氧化鋅基TCO薄膜

ZnO/GO納米材料

ZnO-SiO2全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料

ZnO/PCBM核殼納米棒陣列鈣鈦礦

稀土鈣鈦礦型氧化物催化劑

鈣鈦礦型金屬氧化物粉體

鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

鈣鈦礦型La1-xCaxCoO3

La1-xCaxFeO3鈣鈦礦材料

金屬摻雜改性鈣鈦礦型氧化物

鈣鈦礦復(fù)合氧化物摻雜改性La_4BaCu_5O_(13+δ)

鉀改性鈣鈦礦型氧化物

鈣鈦礦(ABO3)型氧化物

介孔鈣鈦礦型復(fù)合氧化物La-Mn-O

鈣鈦礦-氮氧化物(NO_x)復(fù)合氧化物

摻雜LaMnO3鈣鈦礦型光催化材料

Ru改性(類)鈣鈦礦型金屬氧化物

磁性鈣鈦礦型氧化物

摻雜鐵的鈣鈦礦錳氧化物

鈣鈦礦型氧化物La1-xMxNiO3

鈣鈦礦復(fù)合氧化物鎳酸鑭光催化

堿土金屬鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

La_2CoBO_6稀土雙鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

鋯酸鹽/無(wú)機(jī)鹽復(fù)相質(zhì)子導(dǎo)體

鈣鈦礦高熵氧化物

巖鹽型/氟化鈣型/尖晶石型鈣鈦礦固溶體

鎳/錳/石墨/鈦酸鍶鋇基復(fù)合氧化物

過(guò)渡金屬氧化物/三維石墨烯基復(fù)合電極材料

三維泡沫石墨烯二氧化鉬氧化鎳復(fù)合物

三維泡沫石墨烯/過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合物

氟化鈣層耐火材料顆粒

含鑭鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

硅烷偶聯(lián)劑包覆鈣鈦礦型復(fù)合氧化物顆粒

鈣鈦礦型復(fù)合氧化物La1-xSrxFeO3納米晶

La-Mn-O體系鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

釕基鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

上述產(chǎn)品pg電子官方生物均可供應(yīng)，僅用于科研，不可用于人體！

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