钙钛矿量子点的制备及其图案化

量子点是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级。其又可称为纳米晶，是一种由II－VI族或III－V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1～10nm之间，可以通过控制反应时间、温度、配体来精确控制量子点的尺寸和形状，当量子点的尺寸小于它的波尔半径时，量子点的连续能级开始分裂，能级最终由量子点的尺寸决定，随着尺寸变小，能级能隙增加，导致荧光发射波长蓝移。与传统的有机染料相比，量子点具有可调的荧光发射，窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记材料，由于宽且连续的吸收光谱，用一个激发光源就可以同时激发一系列波长不同的荧光量子点。在所有的纳米材料中，量子点纳米晶由于具有真正尺寸依赖的光学性能^[1]，已广泛应用于太阳能电池^[2]、光电设备^[3]、传感器^[4]以及生物标记^[5]等领域。

在种类繁多的量子点中，基于钙钛矿结构的量子点以其优异的发光性能，如发光效率高和发光谱线窄，受到了人们极大的关注，钙钛矿量子点有可能成为下一代光电器件的核心材料。

1.1全无机型钙钛矿量子点的意义

在种类繁多的量子点中，钙钛矿结构的量子点以其优异的发光性能，如发光效率高和发光谱线窄，而受到了人们极大的关注。基于钙钛矿材料具有波长可调、发射光谱窄等发光特性，在电致发光^[6]、激光^[7]、显示^[8]等领域中也有巨大的潜力。

卤化物钙钛矿量子点主要分为两类：有机-无机杂化钙钛矿（APbX₃，其中A表示小分子有机胺，例如CH₃NH₃ ，X表示卤化物，例如Br#8203;#8203;，I和Cl）和全无机型卤化物钙钛矿（CsPbX₃）。

其中，全无机型钙钛矿量子点CsPbX₃（X=Cl，Br，I）材料具有低成本、载流子迁移率高、光吸收系数大等特点，近几年来在太阳能电池领域有非常优异的表现。与此同时，全无机型卤化物钙钛矿在光伏器件领域获得了快速的发展，成为国内外研究的热点领域。由于具有优异光电性质、高发光效率和高可调性，全无机型钙钛矿铯铅卤材料具有巨大的潜力，并得到了人们的广泛关注。其中，全无机钙钛矿铯铅卤纳米立方体的合成在2015年被首次报道^[9]。

1.2全无机型钙钛矿量子点的结构

无机铅卤钙钛矿CsPbX₃（X=Cl，Br，I）纳米晶的生长是从零维的量子点开始生长至二维晶片，再自组装至三维，然后经历奥斯瓦尔德^[10]熟化过程。基于此，Koolyk^[11] 等构建了一个无机铅卤钙钛矿生长过程的模型示意图，描述了其生长的四个阶段: ①当两前驱体溶液混合后，迅速反应并生成大量的成核颗粒及尺寸比它或大或小的颗粒，单体浓度也非常高; ②大量半径小于临界半径的颗粒溶解成为单体，成核颗粒快速生长，呈现一个颗粒尺寸归一化生长的过程; ③随着单体浓度的减少，临界半径增加，成核颗粒也开始溶解，只有大颗粒在继续生长，呈现一个尺寸生长变乱的过程; ④粒子半径低于临界半径的颗粒继续溶解，大颗粒继续生长且尺寸不断增大。

全无机型卤化物钙钛矿（CsPbX₃）的结构:Pb和Br形成了PbBr₆对称的正八面体，Cs 分布在顶角连接的八面体网络中心。CsPbX₃钙钛矿量子点在室温下包括正交、四方和立方晶系，在高温下都会转变为立方晶系。