硅量子点嵌入FAPbI₃活性层提升钙钛矿太阳能电池的性能与稳定性

在钙钛矿吸收层中嵌入无机量子点(iQDs)是同时提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)效率和稳定性的有效策略。

本研究日本产业技术综合研究所Calum McDonald和Vladimir Svrcek等人利用飞秒激光表面工程(SE)技术将硅量子点(SiQDs)处理为高度分散、稳定的超小颗粒(≈2
nm)，并将其嵌入甲脒铅碘(FAPbI₃)钙钛矿薄膜中。结果表明，SE-SiQDs的引入显著降低了薄膜中的浅陷阱密度，改善了载流子传输，并减少了表面残留的碘化铅(PbI₂)。

此外，SE-SiQDs还调控了费米能级，使器件填充因子(FF)超过80%，能量转换效率(PCE)突破20%(活性面积：0.23 cm²)，同时显著提升了长期工作稳定性。

文章亮点

1.飞秒激光处理技术：通过飞秒激光表面工程(SE)将硅量子点(SiQDs)分散为超小颗粒(≈2 nm)，解决了传统量子点在钙钛矿溶剂中易团聚的问题。

2.性能与稳定性双提升：SE-SiQDs的引入减少了薄膜缺陷和残留PbI₂，填充因子(FF)突破80%，PCE超过20%，并显著增强了器件的长期稳定性。

3.费米能级调控：SE-SiQDs的加入使钙钛矿薄膜的费米能级上移0.2 eV，优化了能级对齐，进一步提升了载流子分离和提取效率。

C. McDonald, D. babu Padmanaban, R. McGlynn, A. U. Kambley, B. Alessi, D. Mariotti, T. Matsui, V. Svrcek, Improved Performance and Stability of Perovskite Solar Cells by Incorporating Silicon Quantum Dots within the FAPbI3 Active Layer. Adv. Energy Mater. 2025, e02864.

https://doi.org/10.1002/aenm.202502864