太陽能領域的突破性研究突破推動了世界上最高效的量子點(QD)太陽能電池的開發，標志著下一代太陽能電池商業化的重大飛躍。這種尖端的量子點解決方案和設備表現出了卓越的性能，即使在長期存儲后也能保持其效率。由 UNIST 能源與化學工程學院 Sung-Yeon Jang 教授領導的一個研究小組推出了一種新型配體交換技術。這種創新方法能夠合成基于有機陽離子的鈣鈦礦量子點(PQD)，確保卓越的穩定性，同時抑制太陽能電池光敏層的內部缺陷。

“我們開發的技術在 QD 太陽能電池中實現了令人印象深刻的 18.1% 效率，”Jang 教授說道。“這一非凡成就代表了著名的美國國家可再生能源實驗室(NREL)認可的量子點太陽能電池中的最高效率。”

人們對相關領域日益濃厚的興趣是顯而易見的，去年，三位發現和開發量子點這種先進納米技術產品的科學家榮獲諾貝爾化學獎。量子點是半導體納米晶體，典型尺寸為幾納米到幾十納米，能夠根據其粒徑控制光電特性。尤其是PQD，由于其出色的光電特性而引起了研究人員的極大關注。此外，它們的制造過程涉及簡單的噴涂或應用于溶劑，從而無需在基板上進行生長過程。這種簡化的方法可以在各種制造環境中實現高質量生產。

然而，量子點作為太陽能電池的實際應用需要一種通過配體交換來減少量子點之間距離的技術，配體交換是一種將大分子(例如配體受體)結合到量子點表面的過程。有機 PQD 面臨著顯著的挑戰，包括替代過程中晶體和表面的缺陷。因此，無機 PQD 的效率有限，最高可達 16%，主要用作太陽能電池材料。

在這項研究中，研究團隊采用了基于烷基碘化銨的配體交換策略，有效地用配體替代了具有優異太陽能利用率的有機PQD。這一突破使得能夠為太陽能電池創建具有高替代效率和受控缺陷的光敏量子點層。

因此，以前使用現有配體取代技術將有機 PQD 的效率限制為 13%，現已顯著提高至 18.1%。此外，這些太陽能電池表現出卓越的穩定性，即使在長期儲存兩年以上后仍能保持其性能。新開發的有機PQD太陽能電池同時表現出高效率和穩定性。

該研究的第一作者 Sang-Hak Lee 表示：“之前對 QD 太陽能電池的研究主要采用無機 PQD。” “通過這項研究，我們通過解決與有機 PQD 相關的挑戰來展示了其潛力，這些挑戰已被證明難以利用。”

Jang教授評論道：“這項研究為有機PQD中的配體交換方法提供了一個新方向，作為未來量子點太陽能電池材料研究領域革命性的催化劑。”

這項研究的結果由 Javid Aqoma Khoiruddin 博士和 Sang-Hak Lee 共同撰寫，已于 2024 年 1 月 27 日在線發表在《 自然能源》 雜志上。這項研究是在“基礎研究實驗室”(BRL) 的支持下得以實現的。 )”和“職業生涯中期研究員計劃”，以及由科學技術和信息通信技術部(MSIT)下屬的韓國國家研究基金會(NRF)資助的“納米·材料技術開發計劃”。它還獲得了“全球基礎研究實驗室項目”的支持。