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PbS胶体量子点(PbS CQDs)因具有包括禁带宽度可调、宽带光吸收、可溶液加工制备和潜在的多激子产生效应等在内的优异性能,可用于低成本的下一代电子和光电子器件,尤其是新型光伏器件。近年来,包括量子点配体工程和器件结构工程在内的许多技术被用来提高PbS胶体量子点太阳能电池的光伏性能,其中应用最多的PbS量子点配体是无机配体四丁基碘化铵(TBAI)和有机配体1,2-乙二硫醇(EDT)。虽然目前利用TBAI钝化PbS胶体量子点(PbS-TBAI)作主要光吸收层和EDT钝化PbS胶体量子点(PbS-EDT)作空穴传输层的异质结太阳能电池已取得超过10%的最高能量转化效率,并展现出更优的器件性能稳定性,但是该类双配体器件往往需要短期的空气暴露才能达到最优性能,而且该性能提升的机制尚不清楚。针对该现象,本工作旨在通过理解其内在机制以进一步指导器件的制备与优化,分别以Pb S-TBAI薄膜、PbS-EDT薄膜和PbS-TBAI/PbS-EDT薄膜作为光吸收层,比较研究了不同表面配体和器件结构的PbS胶体量子点/ZnO纳米粒子异质结太阳能电池的光伏性能及其空气稳定性,并通过表面化学、光学和电学性质测试阐释了双配体器件性能在短时间空气暴露增加的可能机制及其物理化学起源。主要研究内容及结果如下:(1)合成了制备异质结量子点电池所需的ZnO纳米粒子和激子吸收峰为950 nm的PbS胶体量子点,并利用吸收光谱、傅里叶变换红外光谱和循环伏安测试等表征手段分析了不同配体钝化处理的PbS胶体量子点的光学性质、表面化学、薄膜能带结构等。结果表明:利用TBAI和EDT配体均能对油酸包覆的PbS胶体量子点实现良好的配体置换,但是两者置换之后量子点薄膜内均存在少量的残余油酸;PbS-TBAI薄膜的导带底为-3.86 eV,价带顶为-5.12 eV,PbS-EDT薄膜的导带底为-3.74 eV,价带顶为-4.99 eV,后者相对于前者出现明显的能带向上偏移;在所制备的三种器件中,PbS-TBAI/PbS-EDT双配体器件的光伏性能最优,平均能量转化效率达到4.25%;在空气暴露实验中,PbS-TBAI/PbS-EDT双配体器件和Pb S-TBAI单配体器件展现出相似的性能变化趋势,在空气暴露三天后达到最优光伏性能,PbS-EDT单配体器件的空气稳定性差,在空气暴露三天后光伏性能下降至最优值的四分之一。(2)结合X射线光电子能谱测试和光学、电学性能测试,阐释了双配体器件性能在短时间空气暴露增加的可能机制及其物理化学起源。结果表明:PbS-TBAI层在双配体量子点电池的初始性能改善过程中起主导作用,PbS-TBAI薄膜在短时间空气暴露(1-3天空气暴露)过程中Pb-O和/或Pb-OH物质成分的增加会导致薄膜的p型补偿掺杂,使器件获得更优的能带匹配与更高的内建电势,有利于光生载流子的输运;短时间空气暴露能够进一步钝化器件Pb S-TBAI层中PbS胶体量子点的表面缺陷并显著改善异质结器件的二极管效应;而PbS-EDT层虽然在极短时间(几十分钟)的空气暴露过程中会发生p型掺杂,但是更长时间的空气暴露会在EDT钝化的量子点表面形成绝缘层且由于配体的脱附而使薄膜中的缺陷密度增大。