综述：有机电子学中的量子点：从太阳能电池到传感器

这篇综述系统探讨了量子点（QDs）在有机电子器件（OEs）中的关键作用，重点分析了其在太阳能电池（OPVs）、发光二极管（OLEDs）、薄膜晶体管（OTFTs）和传感器中的应用。通过尺寸依赖的量子限域效应，QDs实现了带隙可调、高量子产率和优异的光稳定性，显著提升了有机电子器件的转换效率、色纯度和灵敏度，为可持续电子技术的发展提供了创新解决方案。

　　

Abstract

量子点（QDs）凭借尺寸依赖的光电特性成为有机电子学（OEs）的革命性材料。当粒径缩小至2-15 nm时，量子限域效应使其带隙（E_g
）可调，发射波长可从蓝光（400-460 nm）调控至红光（600-700 nm）。这种特性使其在太阳能电池中通过能带工程提升转换效率，在OLEDs中实现超高色纯度，在OTFTs中增强场效应迁移率，在传感器中提高检测限。

Introduction

有机电子器件虽具有柔性、低成本等优势，但普遍面临效率低、寿命短的问题。QDs的引入构建了混合器件体系：例如钙钛矿量子点（HOIPs）通过激子束缚能（E_b

150 meV）实现高效电荷分离；CdSe QDs则通过表面配体工程改善载流子传输。值得注意的是，量子点敏化的生物传感器已实现纳摩尔级检测限，在即时诊断（POCT）中展现潜力。

Quantum dots: Classification

按材料可分为三类：

1. 钙钛矿QDs：如CsPbX₃
   （X=Cl,Br,I），具高缺陷容忍度
2. 半导体QDs：典型代表CdSe/ZnS核壳结构
3. 有机QDs：碳基量子点（CQDs）具有生物相容性优势

Quantum dots synthesis

自上而下法（如激光烧蚀）适合大规模制备，而自下而上法（热注射法）可精确控制粒径分布。最新研究显示，微流控合成技术能将粒径偏差控制在±0.3 nm内。

Applications

• 太阳能电池：PbS QDs将OPVs效率从5%提升至12.5%
• OLEDs：CdSe/ZnS QDs使色域覆盖达NTSC标准的140%
• 生物传感器：石墨烯量子点（GQDs）对多巴胺的检测限低至10 nM

Current situation and future trends

挑战在于QDs的环境毒性（如Cd²⁺
渗出）和稳定性（光漂白问题）。解决方案包括开发无重金属QDs（如InP/ZnS）和原子层沉积（ALD）封装技术。

Conclusions

QDs通过能带调控和界面工程，使有机电子器件效率逼近无机器件水平。未来突破点在于开发可降解QDs和三维打印集成工艺，推动柔性电子和可穿戴设备的发展。