汉阳大学-KIST实现低成本材料高效率量子点技术

by Park SeungUk

Published 19 Aug.2025 17:29(KST)

采用特殊涂层最大化提升效率

汉阳大学 Park Minjae 教授与韩国科学技术研究院（KIST） Yoo Hyunggeun 博士联合研究团队于19日表示，他们在廉价的二氧化锡（SnO₂）材料上应用表面处理技术，克服了性能极限，将硫化铅（PbS）量子点太阳能电池的光电转换效率（PCE）提升至世界最高水平。

自左起为汉阳大学 Kominjae 教授、韩国科学技术研究院 Yoo Hyunggeun 博士、汉阳大学 Kim Wooyeon 博士、韩国科学技术研究院 Lim Chanwoo 博士。汉阳大学提供

量子点是尺寸为数纳米（nm）的半导体晶体，可根据粒子大小自由调节光电特性。尤其是 PbS 量子点能够在红外波段实现光吸收与发光，因此被应用于太阳能电池、红外相机、夜视仪等多种新一代光电器件。

在此过程中，高效收集并传输光生电子的电子传输层性能是关键因素。二氧化锡具有高透光性和高电导率，因而备受关注，被视为理想的电子传输层材料，但在量子点器件中，其性能低于氧化锌（ZnO），应用受到限制。

研究团队阐明了这一问题的根源在于 SnO₂ 表面发生的质子释放，引发量子点表面配体脱落及铅氧化等“界面劣化反应”。

此外，研究团队引入了使用同时具有羧基（-COOH）和巯基（-SH）的分子对 SnO₂ 表面进行处理的“表面钝化（surface passivation）”技术。

结果表明，有害反应受到抑制，电荷提取效率得到提升，在太阳能电池中实现了12.7%的光电转换效率，大幅超过以往基于 ZnO 的器件（10.4%）。同时，即便在未封装状态下，器件在100天以上仍能保持初始效率的90%，验证了其优异的稳定性。

PbS量子点的劣化过程（左起第一幅）、通过表面钝化抑制劣化的状态（左起第二幅）以及应用器件的性能提升曲线图。汉阳大学提供

Park 教授表示：“本研究的意义在于为将低成本二氧化锡应用于高性能量子点器件打开了新路径。”

该研究在韩国研究财团的资助下完成，并于本月8日作为封面论文发表在能源与化学领域国际权威学术期刊《ACS Energy Letters》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。