[發明專利]一種具有核殼結構的量子點及其制備方法

無效

• 申請號: 201110132014.5
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102241975A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 許榮輝;文九巴;賈江議;李海濤;趙飛;韓金波;尚興記
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C09K11/54
• 分類號: C09K11/54;C09K11/02
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明涉及光伏電池用納米材料技術領域，具體涉及一種具有核殼結構的量子點及其制備方法。

背景技術

太陽提供給我們可以利用的能量大約為100,000兆兆瓦，這個數據約為目前地球能源消耗速度的10,000倍。光伏電池正越來越多地被用于開發這一巨大的能源資源，并將在未來可持續能源系統中發揮關鍵的作用。但由于目前通過光伏電池將太陽能直接轉換為電力的成本過高，例如其成本是核能的5～10倍，是初級化石能源的25～50倍，因此成本過高這一問題一致阻礙著光伏電池產業的迅猛發展。

近來有試驗表明，基于納米技術的量子點新技術可顯著提高光伏電池的光電轉換效率，因此可有效降低通過光伏電池將太陽能直接轉換為電力的成本，提升太陽能發電技術的競爭力。美國國家再生能源實驗室的高級研究員Nozik,?A.J.認為，量子點技術的光伏太陽能電池光電轉換效率可達42%，遠高于目前的硅基太陽能電池（約18%）。美國能源部國家實驗室的科學家發現，半導體量子點材料具有優越的光電特性，量子點材料受高能光子撞擊時釋放電子的數量是硅半導體材料的2倍以上，最高可達7倍，這意味著光電轉化效率能夠得到大幅度的提高，降低太陽能電池的發電成本。不僅如此，由于量子點材料可以通過簡單的化學反應得到，其材料價格將非常低廉。

量子點，又可稱為納米晶，是科學家自上世紀90年代以來一直潛心研究的半導體納米材料新技術。通俗地說，量子點就是具有量子限域效應的金屬或半導體納米顆粒材料。量子點應用領域研究主要集中于生物領域，即量子點在細胞、組織成像以及免疫分析檢測方面的研究，近來開始探索量子點在太陽能電池領域的應用，主要就是提高太陽能電池的光電轉換效率，以降低發電成本。

光伏電池對量子點提出了以下要求：（1）選用的量子點在紫外光～可見光范圍內具有超強的吸收，然后轉化發射出硅基太陽能電池強吸收范圍的光波（藍綠光）或者直接發射多個電子；（2）量子點光物理和光化學性質穩定，并且壽命長。目前的量子點由于尺寸小、比表面積巨大，因此容易被氧化及其它原因變質，壽命最多半年。

國際上現在多采用物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）方法制備光伏電池改性用量子點納米薄膜涂層，且多為硅納米晶量子點。這種技術復雜，比較依賴設備，且成本貴。

國內采用量子點技術對光伏電池進行改性研究發展較快，但主要還是模擬美國能源部硅基納米晶量子點制備路線，采用偏物理及倚重儀器設備的化學氣相沉積法（CVD，多為PECVD）得到硅基納米晶。近年來，在國家自然科學基金中也出現了像浙江理工大學崔燦等的“陣列化半導體量子點的制備及其在太陽電池中的應用”這樣的項目，進行了物理法或化學氣相沉積法制備量子點并用于硅太陽能電池改性方面的研究。此外，化學法合成納米晶量子點（一般量子點，非核殼結構）用于敏化太陽能電池的研究也已見諸報道。但是，純化學合成法合成核殼結構納米晶，并直接將其用于提高硅太陽能電池光電轉換效率的研究尚未見報道。

基于新型材料納米晶量子點對光伏太陽能電池光電轉化效率有巨大提高的潛力，研制新型的具有優良光電性能且使用壽命長的量子點，并將其用于納米晶量子點硅基太陽能電池的研制不僅有一定的基礎研究意義，而且對將來開發高光電轉換效率量子點太陽能電池具有重要的實用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光電性能優良、使用壽命長的具有核殼結構的量子點。

本發明的目的還在于提供一種量子點的制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種具有核殼結構的量子點，該量子點具有以硫化鎘材料為核，以亞硫酸鎘材料為殼的核殼結構。所述量子點的核的粒徑為3～6nm，殼層的厚度為0.1～0.5nm。所述量子點的熒光激發峰λ_ex.max位于355～362nm，發射峰λ_em.max位于462～472nm。