由硫化铅/硒化物和碲化物（PbX：PbS，PbSe和PbTe）制成的QD钙钛矿量子点

由硫化铅/硒化物和碲化物（PbX：PbS，PbSe和PbTe）制成的QD钙钛矿量子点

硫族酸铅是一种通用的半导体材料，就已用于光电设备中，较近又被用作第三代太阳能电池的组件。

由硫化铅，硒化物和碲化物（PbX：PbS，PbSe和PbTe）制成的QD具有使其特别可用作光伏光收集器的特性。由于它们的大玻尔半径和强大的量子约束效应， PbX QD具有广泛的点间波函数重叠，导致卓越的电子耦合。

他们基于解决方案的综合成本相对较低且可扩展，可以进行修改以产生具有一系列所需带隙的QD。尽管这类材料在光伏应用中具有很高的潜力，但它们在环境条件下降解的趋势提出了重大挑战。

我们将讨论活动QD层和其他组成层中PbX QD退化的原因。然后，将提出一些提高PbX稳定性的常用策略。

在三种硫属硫化物铅中，硫化铅（PbS）已被研究较多，并在光伏应用中得到了成功的利用。像PbSe和PbTe一样，它具有岩石盐立方晶体结构。PbS的体带隙为0.4 eV，可通过将QD直径减小到1.8 nm来增加至2.3 e。自1950年代以来，已将PbS块状晶体用作红外探测器的较常用传感器材料。

这种材料用于QDSC的历史可以追溯到2000年代初，这是McDonald等人的开创性工作。他们将它们合并到溶液处理的光伏中。

此后，硫化铅QDSCs的性能已经稳步上升至14％的较新记录在PCE 2020 合成量子点的PbS较常见的方法是所谓的“热注入的合成，” 涉及将双（三甲基甲硅烷基）硫化物注入氧化铅（PbO）和油酸的溶液中，导致硫化铅纳米晶体被油酸盐配体覆盖。

 

硒化铅和碲化物是QDSC材料的另外两个很好的选择。实际上，在光伏应用的背景下，它们的某些特性使其有可能优于PbS。例如，与PbS相比，它们的激子玻尔半径更大（PbS为18 nm，PbSe ]为46 nm，PbTe 为和150 nm为150 nm ），从而增加了电子耦合，并提供了多个电子生成（MEG）。[在碲化铅太阳能电池中，已经证明了通过MEG的外部量子效率超过100％。尽管PbSe和PbTe有望实现，但是与PbS相比，它们在氧化降解中的抵抗力要低得多，因此阻碍了它们在光伏电池中的使用。这种较高的氧化敏感性是由于与硫相比，硒和碲的电负性降低。

利用在光伏应用中这些硫属化合物，因此需要在表面工程方面的更广泛的方式，如将在接下来的部分讨论。

1. PbSe QD进行氧化时其组成的演变。氧分子与表面结合，并在数小时内形成氧化物壳，从而减小了核的有效尺寸（并因此增加了带隙），并导致配体部分脱离。

b）用二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂，在与卤化铅（PbX 2）和乙酸钠（NaAc）进行配体交换过程中，PbS QD的结构变化图。刻面由单个元素组成，刻面具有Pb和S的交替图案。配体优先与刻面结合，从而使该部位更耐氧化。

PbX QD的大小也会影响其降解动力学。较小的PBX纳米颗粒通常具有八面体形状，其具有的高比率为面。随着点变大，它们的形状先演变为截短的八面体，然后较终演变为立方八面体，并且刻面的比例偏向类型（图 3）。由于配体优先与PbX QD的面结合，位点的比例越高，配体涂层的密度越低，抗氧化性越低。

PbS QD大小，形态和刻面比率之间的关系：a）点的形状取决于其大小。较小的点（此处图片为3 nm及以下）具有八面体形状，并且具有较高的表面小平面比率。较大的点（大约4 nm及以上）具有立方八面体结构和小面的比例更大。b）两种不同形状的量子点的表面。

即使在将PbX QD集成到太阳能电池之前，其表面性质也可能会轻易改变。当合成后将其存储在溶液中时，量子点已显示出尺寸分布变窄。这种变窄部分是由PbX纳米晶体的开放面的不同表面能引起的。在合成的早期，会形成小的簇状颗粒，这些颗粒随后可能会随着分散并存储在溶剂中而与它们所附着的晶体分离。这种脱离的原因可能是晶体小面之间的不匹配，也可能是由于小簇的脱落而使晶体形状向能量上更有利的面转变。当量子点以胶体墨水的形式分散在溶液中时，可能发生的另一个过程是点的团聚及其随后的沉淀。因此，选择具有合适长度的有机配体可以极大地影响点之间的空间位阻并确定油墨的胶体稳定性。例如，已证明将长链己胺添加到仅丁胺的油墨介质中可增强其稳定性。

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标签：硫化铅,PbS,化物,复合材料,材料,钙钛矿,QD,聚合物
来源： https://blog.csdn.net/zhaocaijinbaoya/article/details/114364825