A low-temperature solution-processed indium incorporated zinc oxide electron transport layer for high-efficiency lead sulfide colloidal quantum dot solar cells

材料科学 量子点 光电子学 硫化铅 硫化镉 化学工程 氧化铟锡 图层(电子) 氧化物 带隙 光致发光 硫化锌 纳米晶
作者
Rabia Bashir,Muhammad Kashif Bilal,Amna Bashir,Jianhong Zhao,Sana Ullah Asif,Waqar Ahmad,Jiyang Xie,Wanbiao Hu
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (30): 12991-12999 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d1nr03572j
摘要

Colloidal quantum dot solar cells (CQDSCs) have achieved remarkable progress recently in terms of mainly surface passivation and composition-matching matrices on CQDs, while improving the overall photoelectric conversion efficiency (PCE) through electron transport layer (ETL) modifications is less explored. We report a low-temperature solution route to synthesize donor (Al3+/Ga3+/In3+) incorporated zinc oxide (AZO/GZO/IZO) ETL films for PbS CQDSCs. Spectroscopic characterization studies indicate that the IZO ETL fabricated with 150 °C annealing can increase the bandgap the most from 3.56 eV to 3.74 eV, possesses enhanced light transmission (∼94%) and finer particle sizes, and importantly shows the most suitable band alignment and charge transfer ability. Well-dispersed PbS CQDs of around 3 nm are synthesized by a N2-protected reflux method and are surface exchanged with 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide (EMII) to allow I− grafting and ethanedithiol (EDT) for the active layer and hole transport layer, respectively. The IZO based PbS CQDSC, with a device architecture of ITO/IZO/PbS-EMII/PbS-EDT/Au, shows an enhanced PCE of 11.1% (comparatively 18% higher than that of the ZnO ETL), a VOC value of 0.64 V, and a JSC of 25.8 mA cm−2. The improved performances benefit from the higher recombination resistance and constrained photoluminescence emission with the utilization of the IZO ETL that provides a superior charge transfer property.

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