量子點是納米尺度的粒子，具有不同于大尺度材料的光學(xué)和電子特性。尺度和環(huán)境會意外地改變量子點的結(jié)構(gòu)。 來源：太平洋西北國家實驗室

大多數(shù)量子點研究，都是集中改善電荷傳輸和收集，提高太陽能電池的效率，但是，很少關(guān)注下面的化學(xué)機制。這項研究首次考察了周圍環(huán)境和尺度，考察它們?nèi)绾芜M行化學(xué)誘導(dǎo)，改變半導(dǎo)體量子點結(jié)構(gòu)。最后，闡明了硒化鎘量子點的化學(xué)和電子結(jié)構(gòu)相互作用，因此，就可以揭示一些機制，改進混合太陽能電池技術(shù)。

“因為混合型太陽能電池具有巨大的商用潛力，所以，大多數(shù)人都開始考察它的整體電池效率，但是，忽視了從根本上理解化學(xué)和電子結(jié)構(gòu)的相互作用。”阿賈伊•卡拉考提（Ajay Karakoti）博士說，他是太平洋西北國家實驗室的科學(xué)家，也是這項研究的領(lǐng)導(dǎo)，“我們試圖了解基本的相互作用。我們要確保，不改變化學(xué)和結(jié)構(gòu)的完整性。在這種情況下，它確實是這樣，這是意想不到的。”

了解這些微小的變換所涉及的化學(xué)反應(yīng)，可用于混合型太陽能電池，提高電子遷移率，最終可以提高它們的整體效率，這就可以促進國家的能源需求。

環(huán)境分子科學(xué)實驗室（EMSL：Environmental Molecular Sciences Laboratory）的各種成像、光譜儀和衍射儀，都用于進行這項工作。這些儀器包括微X射線衍射儀，X射線光電子能譜儀，紫外-可見光吸收和發(fā)射光譜儀。卡拉考提和合著者龐努薩米•納其穆圖（Ponnusamy Nachimuthu）博士很快就解釋說，環(huán)境分子科學(xué)實驗室用戶設(shè)施，可簡化應(yīng)用各種儀器和人員技能系列，這都是他們的研究所必須的。結(jié)合光譜儀和成像技術(shù)，就可以提供化學(xué)特征徑跡，以及這些因素的空間分布。

他們最初進行研究，使用的是硒化鎘量子點，用于它們的原生環(huán)境，然后澆鑄在硅片上，這只是一小步，還要進行更詳細(xì)的考察，考察量子點融入聚合物基質(zhì)中的情況。根據(jù)這項研究，這個小組擴展了研究重點，確定硒化鎘量子點中缺陷態(tài)的來源，縮小尺度和作用，用于相變，電子結(jié)構(gòu)以及能帶排列（band alignments）。

他們的論文《探測尺度和環(huán)境誘發(fā)相變的硒化鎘量子點》（Probing the Size- and Environment-Induced Phase Transformation in CdSe Quantum Dots），發(fā)表在2011年11月3日的《物理化學(xué)快報雜志》（Journal of Physical Chemistry Letters）上。

硒化鎘量子點尺寸與每立方硒化鎘的重量比，包括在甲苯中和澆鑄在硅上時的情況。來源：太平洋西北國家實驗室 

論文摘要說，硒化鎘量子點的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)的研究，采用原位微X射線衍射，射線光電子能譜，紫外-可見光吸收和發(fā)射光譜。原位微衍射數(shù)據(jù)表明，硒化鎘量子點配位，是采用三辛基氧化（TOPO：trioctylphosphine oxide）或十六烷基（HADA：hexadecylamine），在甲苯（toluene）中的呈現(xiàn)主要是纖鋅礦（wurtzite）晶體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過相變，成為閃鋅礦（zinc blende）晶體結(jié)構(gòu)，之后澆鑄在硅上。而且，減少硒化鎘量子點的尺寸，會促進相變。X射線光電子能譜顯示，系統(tǒng)地增加核心層結(jié)合能，結(jié)合三維鎘和三維硒以及帶隙，需要縮小硒化鎘量子點的尺寸，會表現(xiàn)出量子限制。此外，鎘/硒的比例會增加，因為量子點的尺寸會從6.6納米降低到2.1納米，這就會增加硒的空位，從而引起相變。把硒化鎘量子點澆鑄在硅上，會改變配位基（capping ligands）的排列，這會顯著促進更多的相變。