Diffusion-Controlled Synthesis of PbS and PbSe Quantum Dots with in Situ Halide Passivation for Quantum Dot Solar Cells

量子点 钝化 材料科学 硫系化合物 光致发光 光电子学 X射线光电子能谱 带隙 纳米技术 扩散 能量转换效率 量子效率 化学工程 物理 图层(电子) 工程类 热力学
作者
Jianbing Zhang,Jianbo Gao,Elisa M. Miller,Joseph M. Luther,Matthew C. Beard
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:8 (1): 614-622 被引量:260
标识
DOI:10.1021/nn405236k
摘要

We developed a simple non-hot-injection synthetic route that achieves in situ halide-passivated PbS and PbSe quantum dots (QDs) and simplifies the fabrication of Pb-chalcogenide QD solar cells. The synthesis mechanism follows a temperature-dependent diffusion growth model leading to strategies that can achieve narrow size distributions for a range of sizes. We show that PbS QDs can be produced with a diameter as small as 2.2 nm, corresponding to a 1.7 eV band gap, while the resulting size distribution (6-7%) is comparable to that of hot-injection syntheses. The in situ chloride surface passivation is demonstrated by X-ray photoelectron spectroscopy and an improved photostability of both PbS and PbSe QDs when stored under air. Additionally, the photoluminescence quantum yield of the PbS QDs is ∼30% higher compared to the traditional synthesis. We show that PbS QD solar cells with 6.5% power conversion efficiency (PCE) can be constructed. Finally, we fabricated PbSe QD solar cells in air (rather than in inert atmosphere), achieving a PCE of 2.65% using relatively large QDs with a corresponding band gap of 0.89 eV.
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