Development of solar cells based on surface passivated lead telluride quantum dots and lead selenide nanorods; a comprehensive approach targeting the instability and surface mediated trap states

Güneş hücrelerinin %33 lük teorik limitinin (Shockley-Queisser limiti) altında yatan temel sebeplerden biri, morötesi ve kızılötesi bölgelere karşılık gelen dalga boylarının soğrulmamasından kaynaklanmaktadır. PbTe kuantum noktaları ve PbSe nanoçubuklar gibi kurşun kalkojenitlerin bu bölgelerdeki yüksek derecede soğurabilme yeteneği, ayarlanabilir bant aralığı ve yüksek eksiton Bohr yarıçapı gibi benzersiz özellikleri teorik verim limitlerin ötesine geçme konusunda mükemmel adaylar haline getirir. Ancak oksijene karşı olan duyarlılıkları ve yüzey morfolojileri hakkındaki sınırlı bilgi birikimi bu nanokristallerin üstün özelliklerini ve optoelektronik alanlardaki kullanımlarını sınırlamaktadır. Bu bağlamda, bu çalışmada bahsedilen nanokristallerin oksijen ortamına karşı duyarlılıkları hakkında ayrıntılı bir yaklaşım sunulmuş, sentez sırasında ve katı halde yüzey modifikasyonlarının bu nanokristallere etkisi incelenmiştir. Geliştirilen ikili yüzey modifikasyonu {111}/ {200} faset oranı ve miktarını değiştirerek PbTe kuantum noktaların şeklini, reaktif değişim oranını, paketlenme örgüsünü ve ara bant oluşumunu etkilemektedir. Sonuç olarak, geliştirilen bu teknik ile atmosferik koşullar altında olağanüstü kararlılığa sahip PbTe kuantum nokta bazlı güneş hücrelerinin üretilmesi mümkün kılmıştır. PbSe nanoçubuklarının foto-fiziksel özellikleri ve kararlılık davranışı en boy oranına bağlı olarak yüksek değişkenlik gösterdiği bulunmuştur. Nanoçubuk en-boy oranı, enjeksiyon sıcaklığı, oleik asit ve difenilfosfin konsantrasyonu gibi bazı reaksiyon parametreleri ile ayarlanmıştır. Ayrıca, ligand yer değiştirme esnasında kullanılan yüzey reaktifi seçiminin ince film morfolojisi, foto-fiziksel özellikler ve hücre performansını etkileyen en önemli parametrelerden biri olduğu bulunmuştur. Sonuç olarak, literatürde ilk kez atmosferik koşullar altında 54 güne kadar kararlılığını koruyan, %80 harici kuantum verimi ve %2.6 hücre verimine sahip PbSe nanoçubuk güneş hücreleri geliştirilmiştir.