量子点表面配体改性四大策略！

       胶体量子点具有超高的比表面积和表面原子比例，在太阳能电池、光催化、LED、光探测器等领域大有可为。在太阳能电池领域，卤化物配体修饰的胶体量子点不仅提高了电荷载流子的迁移率，还减少了表面缺陷密度，大大提高了量子点太阳能电池效率。也就是说，表面配体对实现胶体量子点的发光、缺陷能级、掺杂类型和密度等性能起到了至关重要的作用，故不可不察！

本文主要胶体量子点如何进行表面配体改造来提高太阳能电池性能，尤其是如何利用无机卤化物配体同时提高胶体量子点表面钝化和薄膜导电性。

 

 

 

1. 有机配体改造

    胶体量子点的制备往往依赖于油胺、油酸这类长碳链物质。这些绝缘的表面配体不利于量子点之间的载流子传输。因此，要想在光电器件领域大放异彩，必须将这些长碳链配体替换为短链配体，譬如MPA、EDT等。目前主要有两种方法：固态配体交换和液相配体交换。

 

 

 

图1. 固态配体交换和液相配体交换和成膜示意图

 

 

2. MCC配体改造

    为了提高载流子迁移率，研究人员发展了一种无机MCC配体（金属硫属化络合物）。和有机烷烃链相比，MCC配体能提供净电荷，保证量子点在高极性溶剂中的分散性。

 

 

 

图2. MCC配体交换及成膜示意图

 

 

3. 卤素配体改造

    虽然MCC配体有效提高了量子点薄膜的点荷载流子迁移率，但是，其高缺陷密度导致相关太阳能电池性能并不理想。为了在保证高的载流子迁移率的情况下降低缺陷密度，研究人员又开发了一种无机卤素配体。一方面，卤素配体的原子尺寸允许载流子有效传输；另一方面，卤素和量子点表面的强结合作用提升了表面钝化作用。

 

 

 

图3. 卤素配体交换和成膜示意图

 

 

4. 混合配体改造

    为了进一步加强胶体量子点太阳能电池的性能，近年来，由有机交联配体和无机钝化配体混合的表面改造开始流行。

 

 

 

图4. 混合配体表面交换及成膜示意图

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Ruili Wang,† Yuequn Shang,† Zhijun Ning,* Edward H. Sargent* et al. Colloidal quantum dot ligand engineering for high performance solar cells. Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1130-1143.