硫化铅(PbS)纳米晶太阳能电池凭借其光谱响应宽、易于加工以及稳定性高等特点备受瞩目，为太阳能的有效利用提供了一条重要途径。目前 PbS 纳米晶太阳能电池制备中使用的纳米晶材料均是基于经典的热注射法合成，该方法需使用长链的有机配体（油酸）来控制纳米晶的生长，但是长链的有机配体使得纳米晶之间相互绝缘，在制备光电器件过程中需要经过配体交换的步骤，将长链有机配体交换成短配体来增强纳米晶薄膜的导电性。该配体交换步骤异常繁琐，不仅增加了器件制备材料和时间成本，而且可能会对纳米晶表面造成破坏，引入缺陷态，不利于大批量产业化应用。
近日，我院马万里教授课题组在《Nature Communications》上以“Room-temperature direct synthesis of semi-conductive PbS nanocrystal inks for optoelectronic applications”为题发表论文(Nat. Commun. 2019,10, 5136)。研究团队首次从PbS纳米晶合成源头设计，避免引入长链有机配体，一步直接制备碘化物包裹的PbS纳米晶墨水，获得的纳米晶墨水可以直接用于薄膜制备，完全避免了繁琐的配体交换过程，大幅简化了器件制备工艺。并且，该合成方法可以在室温条件下进行且非常容易进行批量化生产，在实验室条件下可以实现单次反应制备88g纳米晶墨水的产量，该墨水生产成本仅为6 $·g−1，远低于传统方法的制备成本44 $·g−1（国内制备成本）。并且该方法具有一定的普适性，可以推广到CdS和Ag2S等纳米晶墨水的直接合成。最后团队基于PbS-I纳米晶制备了光电探测器和太阳能电池，光电探测器的探测率高达1.4×1011Jones，太阳能电池的光电转换效率高达10%。这种方法大幅简化了基于纳米晶的光电器件制备工艺，且易于批量化生产，为基于纳米晶的光电器件的未来商业化铺平了道路。
本工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金和苏州纳米协同中心的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13158-6
马万里教授课题组网站：http://funsom.suda.edu.cn/7f/97/c2735a32663/page.htm
责任编辑：朱文昌