用于大面积可印刷量子点太阳能电池的油墨稳定技术。

胶体量子点（CQDs）结合了晶体半导体和溶液加工的优点，为各种应用提供了多功能平台。带有离子配位的CQD墨水有望通过单步沉积导电半导体薄膜，推动低成本、大面积太阳能电池的打印技术。然而，配有短链离子配体的CQD在胶体稳定性差，导致CQD融合和聚集，从而在CQD薄膜中产生形貌缺陷和活性陷阱，这限制了铅硫化物（PbS）CQD太阳能电池的效率，并妨碍了其从实验室规模到太阳能模块生产的放大应用。目前，超过10 cm²面积的PbS CQD模块的最高报告功率转换效率（PCE）约为1%，远低于小面积（<0.1 cm²）实验室设备的认证效率（超过12%），并低于商业化可行性所需的门槛。此外，传统的CQD墨水制备方法，如热注入和配体交换，成本较高，限制了成本效益较高的大规模生产。

在此，苏州大学功能纳米与软物质研究院马万里教授、刘泽柯教授联合日本电气通信大学Qing Shen、东京大学Hiroshi Segawa开发了一种策略，通过低成本的直接合成方法工程化铅硫化物（PbS）CQD墨水的溶液化学。通过在弱配位溶剂中创造富碘环境，作者将碘铅化物转化为具有功能性的阴离子，这些阴离子凝聚成坚固的表面外壳。完全电荷化的静电表面层有效防止了CQDs的聚集和外延融合，从而获得了稳定的墨水。通过消除融合引起的带间态，作者打印出了具有三维均匀性、平坦能量景观和改善载流子传输的紧凑型CQD薄膜。作者在0.04 cm²的电池上实现了认证效率13.40%，并通过扩大活性区域300倍，成功放大到12.60 cm²的模块，认证效率为10%。相关成果以“Overcoming efficiency and cost barriers for large-area quantum dot photovoltaics through stable ink engineering”为题发表在《Nature Energy》上，第一作者为史国钲, 丁小波为共同一作。