北科大AFM：配体交换改善CsPbI3钙钛矿量子点的稳定性和光电探测器性能

来源：X一MOL资讯

胶体全无机卤化物钙钛矿纳米晶或量子点展现出极其优异的光学性能，如高的荧光量子产率（PLQY）、窄的半峰宽、可调节的带隙、长的载流子寿命、高的电荷迁移率等，被视为新一代的高性能的光电/电光功能材料。其中，CsPbI3 量子点具有1.73eV的带隙，在光伏、光电探测等领域展现出非常大的应用前景，但是，较差的环境稳定性大大限制了其实际应用。如在潮湿或者紫外照射下，会发生钙钛矿结构的分解，或者发生黑相向黄相的转变。当前的一些研究通过在量子点周围包覆稳定的惰性物质从而隔绝外界环境的影响来提高稳定性，但是这些物质大多为绝缘物质，又会影响其电荷传输性能。因此寻找一种既可以提高其稳定性又不影响电荷传输性能的方法成为目前的当务之急。

北京科技大学田建军教授团队提出了一种基于量子点的表面工程策略来提高CsPbI3量子点稳定性，即采用短链配体2-aminoethanethiol (AET) 原位部分替换掉原来长链的油胺油酸配体，不仅提高了量子点的水、光稳定性，还提升了量子点薄膜的载流子迁移率。并联合香港城市大学Andrey L. Rogach教授团队进行了深入研究和工艺优化。研究显示，AET通过在量子点周围形成致密的配体保护层，阻止了水分子的渗透并减缓了薄膜的降解；同时AET钝化了量子点的表面缺陷，显著提高了抗紫外线光腐蚀能力和光致发光量子产率。实验表明，AET-CsPbI3量子点在水中浸泡1小时或者在紫外照射下仍可以保持95%的初始PL性能。由于AET的碳链较短，量子点薄膜的电荷迁移率得到明显提升。基于AET-CsPbI3量子点薄膜的光电探测器展示了很好的探测性能，在无偏压时光响应度为105 mA/W，探测度达到5×1013 Jones。这种探测器同样具有非常高的稳定性，在未封装情况下在室外放置40h仍能保持初始性能的95%。

图1. AET配体交换的示意图和溶液的水、紫外稳定性

图2. AET-CsPbI3薄膜的水稳定性

图3.基于AET-CsPbI3 QDs制备的光电探测器的性能

综述，该文基于配体交换工艺，使用合适的短链配体部分取代常规长链配体，同时提高量子点的稳定性和载流子传输性能，获得极高性能的光电探测器。该工作是全无机CsPbI3纳米晶在稳定性领域的一个重要工作，为无机铯铅卤化物走向实际应用提供一种途径。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者为北京科技大学博士生毕成浩。Andrey L. Rogach教授团队协助进行了光谱特征的分析与讨论。