《Small》：通过超快光子烧结抑制胶体量子点固体中的热致表面陷阱（IF=13.392）

背景：

 胶体量子点（CQD）薄膜的热退火（TA）过程被认为是提高胶体量子点太阳能电池（CQD SCs）性能的重要步骤。这是因为TA对CQD固体有多种有益影响，包括提高电导率、使CQD薄膜排列更加紧密，以及去除残留的有机物和溶剂。然而，传统的CQD热退火方法需要几分钟的时间，这会导致CQD表面发生羟基化和氧化反应，进而形成陷阱状态，最终降低SCs的性能。为了应对这些挑战，本研究引入了一种光子烧结（FLA）技术，该技术将退火时间显著缩短至毫秒级别。通过光子烧结方法，研究成功地抑制了羟基化和氧化反应，减少了CQD固体中的陷阱状态，同时保持了其良好的电荷传输性能。实验结果显示，经过光子烧结处理的CQD SCs在性能上有了显著提升。与TA处理的设备相比，其开路电压（Voc）从0.63V提高到了0.66V，同时功率转换效率也从12.71%增加到了13.50%。这表明光子烧结技术是一种有效且高效的方法，能够显著改善CQD SCs的性能。

文献介绍：

 全球能源需求的快速增长以及对可持续和可再生能源的需求，推动了人们对SCs技术的广泛研究。在各种材料中，CQD SCs因其可调谐的带隙、高单分散性以及成本效益高的溶液可加工制造特性，成为了有前景的候选材料。特别是硫化铅（PbS）胶体量子点，因其优异的光电性能和与红外太阳光谱的兼容性而备受关注。表面钝化、配体交换和器件结构工程等技术的快速发展已将CQD SCs的认证光电转换效率（PCE）提升至12.47%。

 在旨在提高CQD SCs性能的众多技术中，对CQD薄膜进行热退火（TA）被认为是实现高性能电池的关键过程。已知该过程通过减少量子点间的间距、增加CQD的堆积密度以及消除有机残留物和挥发性胺基溶剂，来改善CQD固体的电导率。通常，如先前研究所述，CQD薄膜的TA是在炉子或热板上进行的，温度设置在70°C至140°C之间，并且该过程会持续几分钟。然而，最近的研究表明，长时间暴露于高温下会对CQD薄膜产生副作用，包括吸收减少、配体解吸、CQD融合和表面陷阱的形成。特别是，TA过程会促进CQD表面羟基配体（-OH）和氧化物（PbO、PbSO3和PbSO4）的形成。这些物质能够产生陷阱态，这是导致器件开路电压（Voc）降低的关键因素。因此，迫切需要寻找替代方法来解决CQD固体中传统热退火过程所面临的挑战。然而，到目前为止，这方面的研究鲜有报道。

 鉴于CQD薄膜的传统TA过程通常持续几分钟，这会对CQD固体施加过度的热应力，我们提出减少热处理时间可以有效缓解相关缺点。鉴于这些考虑，本研究为CQD薄膜引入了光子烧结（FLA）方法，该方法将所需的退火时间大幅缩短到仅几毫秒（ms）。在此过程中，一个能量密度为3.9Jcm⁻²的强光脉冲垂直照射到CQD薄膜的表面。CQD薄膜吸收入射光能量，并将其转化为热能，从而促进瞬时退火。该过程允许在2-6毫秒内建立热平衡状态，从而对器件造成最小的热负荷，从而减轻热应力。通过将传统的TA过程替换为FLA技术，我们成功地减少了羟基化和氧化，同时保留了CQD固体的电荷传输特性。此外，我们发现通过FLA方法抑制羟基化和氧化有助于减少陷阱态，从而提CQD SCs的开路电压（VOC）。因此，使用光子烧结方法处理的CQD SCs在VOC方面表现出显著的改善，达到0.66V，而热退火设备的VOC为0.63V。这一增加导致PCE大幅提升，从12.71%提升至13.50%。与热退火设备的11.6%相比，光子烧结处理的器件还表现出12.55%的优越稳定PCE。

引用：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202400380

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