硒化铜铟镓（CIGS）是一种I-III-VI₂族四元半导体材料，是目前性能最优异的薄膜太阳能电池吸收层材料之一。

• 组分可调的直接带隙: 这是CIGS最核心、最重要的特性。CIGS是一种固溶体，其带隙大小可以通过精确地调控镓/(镓+铟)的比值（GGI ratio），在纯CIS (~1.0 eV) 和纯CGS (~1.7 eV) 之间连续可调。这一特性使得我们可以精确地将其带隙调节至~1.34 eV，以完美匹配太阳光谱，从而实现最高的理论光电转换效率。
• 极高的光吸收系数: CIGS具有极高的光吸收系数（>10⁵ cm⁻¹），这意味着仅需1-2微米厚的薄膜即可吸收绝大部分的太阳光，极大地节省了材料成本。
• 优异的电学性能: CIGS是一种天然的p型半导体，具有良好的载流子输运性能和对缺陷的高容忍度。

当CIGS以纳米颗粒的形态存在时，其最重要的特性是作为一种“纳米粒子墨水”，为低成本、大面积制备CIGS薄膜太阳能电池提供了全新的途径。

• 溶液可加工性: CIGS纳米颗粒可以被方便地分散在溶剂中，形成稳定的“墨水”。这种墨水可以通过印刷、喷涂、旋涂等低成本、非真空的溶液法工艺，在大面积柔性或刚性基底上沉积成薄膜。
• 低温烧结: 沉积后的纳米颗粒薄膜，通过后续的热处理（烧结/硒化），可以使其晶粒长大、致密化，形成高质量的多晶CIGS吸收层薄膜。

对于CIGS，其性能调控的核心是精确控制其元素化学计量比和引入碱金属掺杂。

核心目标: 精确控制Cu, In, Ga, Se四种元素的比例，以优化薄膜的电学和光学性质。

• GGI梯度 ([Ga]/([Ga]+[In])): 在CIGS薄膜的厚度方向上构建一个GGI梯度（即带隙梯度）是提高电池开路电压和效率的关键。通常制备成背场带隙宽、中间带隙窄、表层带隙宽的结构。
• CGI ([Cu]/([Ga]+[In])): 通常需要制备成轻微贫铜（CGI 的组分，以获得最佳的p型导电性和器件性能。

目标: 钝化缺陷、提高载流子浓度。

• 钠（Na）掺杂: 这是CIGS太阳能电池中最重要的掺杂。通过从玻璃基底扩散或后沉积引入的少量钠，可以显著地钝化晶界缺陷、提高空穴浓度、促进晶粒长大，从而大幅提高电池的开路电压和填充因子。
• 钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）掺杂: 更重的碱金属掺杂被证明可以进一步钝化表面缺陷，实现更高的开路电压。

CIGS纳米粒子作为一种能够高效吸收可见光和近红外光的p型半导体，在光催化和光电催化领域是一种极具潜力的材料。

这是CIGS纳米粒子最重要的催化应用之一。

• 光催化产氢: CIGS的带隙使其能够高效地利用太阳光谱中的可见光和近红外光部分。其导带位置比水的还原电位更负，因此其光生电子在热力学上足以将质子还原为氢气。通过与助催化剂（如CdS, Pt）复合，可以构建出高效的光催化产氢体系。
• 光催化CO₂还原: CIGS产生的光生电子也可以被用于将二氧化碳（CO₂）还原为有价值的化学燃料。

CIGS纳米粒子（通常指其量子点形态）凭借其“无镉、无铅”的元素组成和在近红外区可调谐的光致发光，在生物成像领域是一种极具潜力的下一代荧光探针。

这是CIGS量子点在生物成像中最核心的应用。

• 原理: CIGS量子点的发光可以被方便地调谐到第一近红外（NIR-I, 700-900 nm）“生物窗口”。
• 核心优势:
  • 深层组织穿透: NIR光在生物组织中具有较低的散射和自发荧光，可以实现对活体动物体内深层组织的高分辨率、高信噪比荧光成像。
  • 低毒性: 其“无镉、无铅”的元素组成使其相比于CdTe, PbS等传统近红外量子点，具有无可比拟的生物安全性优势。

CIGS纳米粒子因其在近红外区的强吸收和优异的生物相容性，在光热治疗领域展现出巨大的应用潜力。

这是CIGS在癌症治疗中最具潜力的应用之一。

• 原理:
  1. 将表面经过PEG化和靶向修饰的CIGS纳米粒子通过静脉注射，使其在肿瘤部位富集。
  2. 使用近红外激光照射肿瘤区域。
  3. 肿瘤内的CIGS纳米粒子吸收光能并高效地将其转化为热量，使肿瘤局部温度快速升高至42°C以上，从而选择性地烧蚀癌细胞。
• 优势: CIGS是一种不含贵金属的、高效的半导体光热治疗剂，且具有优异的生物相容性。

CIGS纳米粒子由于其由毒性相对较低的元素构成，普遍被认为具有良好的生物相容性和低细胞毒性，是含Cd, Pb等剧毒元素的半导体纳米材料的理想替代品。

• “绿色”的元素组成: CIGS由铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）和硒（Se）元素组成。其中铜和硒是生命必需的微量元素，而铟和镓的毒性也远低于镉和铅。

尽管CIGS总体上是安全的，但其生物安全性仍需根据具体情况进行评估。

• 离子释放: CIGS在生理环境中（特别是在酸性的溶酶体中）仍可能缓慢溶解并释放出其构成离子。过高浓度的铜、铟、镓和硒离子会破坏细胞的稳态，从而产生细胞毒性。
• 减毒策略：核-壳结构: 通过表面工程，在CIGS纳米粒子（核）表面包覆一层致密的、化学性质更稳定的宽带隙半导体（壳），是隔绝其与生物环境接触、阻止离子释放、从而降低其毒性的最核心、最有效的策略。

高质量、组分均一的CIGS纳米粒子的合成，通常依赖于在高温有机溶剂中的热注射法。

这是制备高质量多元半导体纳米晶的金标准方法。

• 原理: 该方法的核心思想是通过瞬间成核和缓慢生长两个阶段的分离，来获得尺寸高度均一的纳米晶。
  1. 前驱体制备: 分别制备铜的前驱体（如CuI）、铟的前驱体（如In(Ac)₃）、镓的前驱体（如Ga(acac)₃）和硒的前驱体（如TOP-Se）。
  2. 高温溶剂: 将一种高沸点的、具有配位能力的有机溶剂（如十八烯ODE）和稳定剂（如油胺OAm, 硫醇）在惰性气氛保护下加热至高温（通常220-260 °C）。
  3. 共反应: 将铜、铟、镓的前驱体加入高温溶剂中，然后注入硒前驱体，使其发生共反应，形成CIGS晶核。
  4. 生长: 在一定温度下继续反应，使晶核缓慢生长。
• 组分调控: 通过精确地调控初始溶液中Cu/In/Ga前驱体的摩尔比，可以方便地控制最终合金纳米粒子的元素组成和带隙。

对CIGS纳米粒子的精确表征是评估其能否用于太阳能电池等应用的关键。对其元素组成和晶体结构的表征尤为重要。

• 元素组成与分布: 能量色散X射线谱 (EDX) 或 电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 是精确测定CIGS纳米粒子中Cu/In/Ga/Se的元素比例的金标准技术。
• 晶体结构与物相: X射线衍射 (XRD) 是鉴定CIGS晶相的金标准技术。通过对比标准谱图，可以确认产物是否为纯的黄铜矿相，并排除其它二元杂相（如Cu₂Se, In₂Se₃等）。
• 形貌与尺寸: 透射电子显微镜 (TEM) 是直接观察CIGS NPs尺寸、形貌和晶格结构的金标准。

• 吸收光谱: 紫外-可见-近红外吸收光谱。用于确定其吸收边的位置，并通过Tauc Plot法精确计算其光学带隙。

CIGS纳米粒子的表面工程是其实现所有应用（特别是光电器件和生物医学应用）的决定性步骤。其核心任务是构建高质量的核-壳结构以钝化表面，以及进行配体交换以实现特定功能。

这是获得高荧光量子产率、高稳定性的CIGS QDs的“金标准”策略。

• 原理: 在CIGS量子点（核）的表面外延生长一层化学性质更稳定、带隙更宽的半导体（壳）。
  • CIGS@ZnS 核-壳结构: 这是最经典的钝化策略。在CIGS核表面包覆一层硫化锌（ZnS）壳。这层ZnS壳可以有效地钝化CIGS核表面的缺陷（这些缺陷是主要的非辐射复合中心），从而极大地提高其荧光量子产率和光化学稳定性。

这是将油溶性的NPs转化为水溶性，或将其用于“纳米粒子墨水”的关键。

• 原理: 将热注射法合成的、表面包裹着疏水性长链有机分子的NPs，与过量的、具有不同功能的配体（如短链硫醇）混合，将原来的疏水配体替换掉，以改善其在特定溶剂中的分散性和薄膜的导电性。