Abstract Lead sulfide (PbS) colloidal quantum dot solar cells (CQDSCs) are emerging photovoltaic technology due to their outstanding light-harvesting ability in the visible and near-infrared spectral region, long-term air stability, multiple exciton generation and solution processability. However, PbS CQDSCs have been limited by the unsatisfactory carrier collection in the CQD films. Band alignment engineering using p-type hole transport layer (HTL) was proved to efficiently promote the carrier collection in cells with both planar and ordered bulky heterojunctional (OBH) structures. Nevertheless, seeking for proper p-type materials suitable for the PbS CQDSCs is still an open question. Herein, we reported a new p-type metal-organic material, CuSx, could act as HTL of PbS CQDSCs with OBH structure. The CuSx possesses a Fermi level EF (−5.02 eV), shallower valence band energy (−5.48 eV) and conduction band energy (−3.19 eV), inducing a proper band alignment at the PbS light-harvesting layer/CuSx interface. This not only enhanced hole extraction proved by the increase of short-circuit current density (Jsc) from 19.12 to 22.33 mA/cm2, but also blocked back electron demonstrated by the extended carrier lifetime. Consequently, cells with CuSx HTL generated a power conversion efficiency of 5.2%, leading to a PCE increase of 13% compared with that of reference HTL-free cell (4.6%). Our work introduced a promoting CuSx hole extraction material which shows great potential application in quantum-dot-based devices suffering from the insufficient carrier collection.

中文翻译：

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用于 PbS 量子 qot 太阳能电池的 CuSx 空穴传输层

摘要 硫化铅（PbS）胶体量子点太阳能电池（CQDSCs）由于其在可见光和近红外光谱区具有出色的集光能力、长期空气稳定性、多激子产生和溶液加工性，是新兴的光伏技术。然而，PbS CQDSC 受到 CQD 薄膜中载流子收集不理想的限制。使用 p 型空穴传输层 (HTL) 的能带对准工程被证明可以有效地促进具有平面和有序庞大异质结 (OBH) 结构的电池中的载流子收集。尽管如此，寻找适合 PbS CQDSC 的合适 p 型材料仍然是一个悬而未决的问题。在此，我们报道了一种新的 p 型金属有机材料 CuSx，它可以作为具有 OBH 结构的 PbS CQDSCs 的 HTL。CuSx 具有费米能级 EF (-5.02 eV)，较浅的价带能量 (-5.48 eV) 和导带能量 (-3.19 eV)，在 PbS 光捕获层/CuSx 界面诱导适当的能带排列。这不仅通过短路电流密度 (Jsc) 从 19.12 mA/cm2 增加到 22.33 mA/cm2 来证明增强了空穴提取，而且还通过延长的载流子寿命证明了阻挡背电子。因此，具有 CuSx HTL 的电池产生了 5.2% 的功率转换效率，与无 HTL 的参考电池 (4.6%) 相比，PCE 增加了 13%。我们的工作介绍了一种促进 CuSx 空穴提取材料，该材料在载流子收集不足的基于量子点的器件中显示出巨大的潜在应用。在 PbS 光捕获层 / CuSx 界面诱导适当的带对齐。这不仅通过短路电流密度 (Jsc) 从 19.12 mA/cm2 增加到 22.33 mA/cm2 来证明增强了空穴提取，而且还通过延长的载流子寿命证明了阻挡背电子。因此，具有 CuSx HTL 的电池产生了 5.2% 的功率转换效率，与无 HTL 的参考电池 (4.6%) 相比，PCE 增加了 13%。我们的工作介绍了一种促进 CuSx 空穴提取材料，该材料在载流子收集不足的基于量子点的器件中显示出巨大的潜在应用。在 PbS 光捕获层 / CuSx 界面诱导适当的带对齐。这不仅通过短路电流密度 (Jsc) 从 19.12 mA/cm2 增加到 22.33 mA/cm2 来证明增强了空穴提取，而且还通过延长的载流子寿命证明了阻挡背电子。因此，具有 CuSx HTL 的电池产生了 5.2% 的功率转换效率，与无 HTL 的参考电池 (4.6%) 相比，PCE 增加了 13%。我们的工作介绍了一种促进 CuSx 空穴提取材料，该材料在载流子收集不足的基于量子点的器件中显示出巨大的潜在应用。但也阻止了背电子，这是由延长的载流子寿命所证明的。因此，具有 CuSx HTL 的电池产生了 5.2% 的功率转换效率，与无 HTL 的参考电池 (4.6%) 相比，PCE 增加了 13%。我们的工作介绍了一种促进 CuSx 空穴提取材料，该材料在载流子收集不足的基于量子点的器件中显示出巨大的潜在应用。但也阻止了背电子，这是由延长的载流子寿命证明的。因此，具有 CuSx HTL 的电池产生了 5.2% 的功率转换效率，与无 HTL 的参考电池 (4.6%) 相比，PCE 增加了 13%。我们的工作介绍了一种促进 CuSx 空穴提取材料，该材料在载流子收集不足的基于量子点的器件中显示出巨大的潜在应用。