PbX QDSC稳定性增强的策略及其氧化和钝化对PbSe量子点的影响

PbX QDSC稳定性增强的策略

增强PbX QD的抗氧化性的常用方法是通过卤化物进行表面钝化。此方法依赖于卤离子与表面上的Pb原子的结合，从而减少O 2可以吸附的位点数量（图）。卤化物钝化可以在原位或合成后进行，即在QD合成过程中或之后进行。

太阳能电池原位钝化的一种流行途径是通过CdSe和PbCl 2之间的阳离子交换。代替直接合成的PbSe QD的，量子点的CdSe用PBCL处理2，导致镉阳离子交换为铅阳离子。这会导致PbSe QD具有氯化物钝化的Pb部位，并具有镉对Se部位进行钝化的额外好处。使用ZnSe代替CdSe。ZnSe除具有PbCl 2之外，还具有与PbI 2和PbBr 2交换阳离子的能力，而CdSe仅限于PbCl 2。这提供了更大的材料选择灵活性，因为除氯化物外还可以使用碘化物和溴化物。但是，ZnSe路线不如CdSe那样频繁使用，可能是因为Zn似乎没有与镉相同的钝化增强特性。一种更直接的氯化镉钝化方法是基于在QD生长期结束后将CdCl2溶液注入反应溶液中。PbSe和PbTe太阳能电池都证明了这种方法。

氧化和钝化对PbSe量子点的影响的插图。a）显示所有Pb [111]面均被油酸酯配体完全覆盖，这可通过空间位阻保护PbSe 免受氧的影响。四个面中的三个被卤化铅钝化，Pb原子阻挡了Se [100]位，而卤化物原子阻挡了Pb [100]位。b）右侧[100]构面显示为未钝化。氧气与硒化物反应生成不良的氧化层，以灰色和薄荷绿色表示。

QD合成后，也可以在溶液阶段或通过固态配体交换进行卤化物处理。报道了较早利用卤化物钝化的成功尝试之一。在2012年证明了用分子氯处理过的PbSe量子点比未处理过的空气更稳定。进一步的研究表明，其他卤化物也可用于PbSe QD钝化。在2015年。比较了用Cl，Br，I或F的四丁基铵盐钝化的油酸酯封端的PbSe QD膜之间的比较。吸收光谱（图）表明经四丁基氟化铵处理的膜在数小时内变质，这与使用氟化物作为钝化剂的其他失败尝试相一致。在另一方面，氯- ，溴-和I -钝化片显示五天后只有轻微的蓝移，它们的一激子峰下保持超过90天。经碘化四丁基铵（TBAI）处理的膜被发现是较稳定的，显示出较低的峰展宽和蓝移度。在使用TBAI，十六烷基三甲基溴化铵，EDT或3-巯基丙酸（3-MPA）作为配体的比较中，碘化物导致PbSe QDSC的钝化效果更好。证实了碘化物是PbX QD钝化的较佳卤化物的发现。在他们对溶液相卤化锂盐钝化的PbX QD的研究中，PbSe-LiI点显示出较高的光致发光量子产率（PLQY）。进一步的研究还报道了碘化物是一种优良的钝化剂。发现PbI 2使PbCl 2的钝化效果更好，分子I 2处理显示出改善的器件性能。与其他卤化物相比，经过I处理的PbX QD具有如此优越的钝化作用，这可以通过硬酸和软酸/碱理论来解释，该理论预测，碘化物与Pb 2+的结合比氯化物或溴化物更强。通过将碘化钾（KI）掺入配体交换溶液中，可以大大提高碘化物处理过的PbS QD的稳定性。PbS‐KI‐PbI 2器件在连续光照300小时后仍保持其PCE的83％，而PbS‐PbI 2仅50小时后，控制设备就下降到其初始PCE的75％。研究了用各种金属氯化物盐处理的PbSe太阳能电池，发现合成后的CdCl 2处理比使用Na +，K +，Zn 2 +，Sn 2 +，Cu的氯化物盐处理具有更大的稳定性提高。2+或In 3+。经过CdCl 2处理的太阳能电池在空气中放置200天后，至少保持了其初始PCE的70％。这些报告表明，金属卤化物对于PbX QD的钝化特别有希望。

用五种不同的配体制造的PbSe QD薄膜的吸光度随时间变化。a）样品的一个激子峰位置随时间变化的摘要；插图比较了90天后PbSe-Cl，PbSe-Br和PbSe-I的峰宽。b）PbSe-EDT，c）PbSe-F，d）PbSe-Cl，e）PbSe-Br和f）PbSe-1的吸光度演化。

PbX QD钝化不限于使用卤化物。用膦酸钝化的油酸酯封端的PbSe QD取得了良好的结果。他们的方法基于简单地用三（二乙氨基）膦硒化物（TDPSe）代替普通的硒化物前体三辛基膦硒化物。在空气中三周后，钝化点在四氯乙烯中的分散体的吸收光谱保持其峰值位置。这些点被用在场效应晶体管中，但是这种方法在光伏应用中也可能值得探索。研究了烷基硒化物配体钝化的PbSe QD，发现虽然增加了短期抗氧化性，但这些配体本身也引入了其他陷阱态。

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