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*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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