[發(fā)明專利]一種銅鋅錫硫量子點及其制備方法

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• 申請日: 2015-11-15
• 公開（公告）號: CN105329935A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 張文進;鐘圓圓;梁佳林
• 申請（專利權）人: 長春市芳冠電子科技有限公司
• 主分類號: C01G19/00
• 分類號: C01G19/00;B82Y30/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發(fā)明屬于納米新材料領域，具體涉及一種具有良好光電性能、并且擁有合金結構組成的低成本銅鋅錫硫量子點的制備方法。

背景技術

未來的電子材料不僅需要提供理想的光電性能，而且還要包含豐富且無毒的元素，雖然硅可以滿足這些要求，但是其具有明顯的局限性，所以需要在一些重要的應用中使用其他材料，遺憾的是，目前比較有前景的材料，例如GaAs或者CdTe，都含有劇毒元素，不是適宜持續(xù)發(fā)展的材料，所以必須發(fā)展一種可持續(xù)使用的光電材料來解決這些問題。

目前可值得開發(fā)的其中一種是銅鋅錫硫量子點，這是有前途的用于太陽能電池的新型半導體材料，它具有高的消光系數(shù)（約10⁴cm^-1）和能帶寬度（約1.5eV），幾乎是最理想的光伏電池材料，事實上，銅鋅錫硫薄膜電池已經具有接近8%的光電轉換效率。但是若想要取得更高的光電轉換效率，就要開發(fā)出高質量的具有納米結構的銅鋅錫硫，比如說半導體量子點，它是通過溶液凝膠法制備的，由于量子限域效應，可以顯示出尺寸和組分依賴的光學性質。在多層器件中包含不同尺寸的量子點能夠得到低成本的多結太陽能電池。由于多激子效應，量子點很有可能超過硅電池的31%的光電轉換效率，目前比較好的薄膜電池是用含鉛的化合物制成的，這并不滿足未來發(fā)展所需的無毒材料特點，而銅鋅錫硫量子點能夠解決量子點的毒性問題，在這樣的背景下，設計出高質量銅鋅錫硫量子點的合成手段就極為重要。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種銅鋅錫硫量子點及其制備方法，目的使所制備的銅鋅錫硫量子點性能優(yōu)良，粒徑均勻，分散性好，能夠在太陽能電池，光催化等方面得到應用。

本發(fā)明取采的技術方案是，一種銅鋅錫硫量子點，每100毫升溶液中含有1-10克銅鋅錫硫量子點，所述的量子點粒徑在3-20納米范圍。

本發(fā)明一種銅鋅錫硫量子點的制備方法，包括下列步驟：

a.按原子個數(shù)計，將2-20份的銅鹽、1-10份的鋅鹽、1-10份的錫鹽、500-5000份的烷基硫醇、750-7500份的脂肪胺，在室溫下加入到三口燒瓶中，敞口體系中攪拌并直接升溫至180度反應5分鐘；

b.將步驟a所得到的溶液冷卻至60度，加入5000份的量子點溶劑和5000份的量子點沉淀劑，得到渾濁溶液；

c.將步驟b的渾濁溶液，在離心機中離心10分鐘，在得到的沉淀中加入5000份的量子點溶劑，即得到分散在溶劑中的銅鋅錫硫量子點。

上述的銅鹽為硝酸銅，硫酸銅，羧酸銅，磷酸銅，鹵化銅，磺酸銅中的一種。在此沒有列出的但是具有本公開所說明的特性的銅鹽也被考慮在內。

上述的鋅鹽為硝酸鋅，硫酸鋅，羧酸鋅，磷酸鋅，鹵化鋅，磺酸鋅中的一種。在此沒有列出的但是具有本公開所說明的特性的鋅鹽也被考慮在內。

上述的錫鹽為硝酸錫，硫酸錫，羧酸錫，磷酸錫，鹵化錫，磺酸錫中的一種。在此沒有列出的但是具有本公開所說明的特性的錳鹽也被考慮在內。

上述的烷基硫醇為辛硫醇，戊硫醇，十二硫醇，十四硫醇，十八硫醇，芐硫醇中的一種。在此沒有列出的但是具有本公開所說明的特性的銦鹽也被考慮在內。

上述的脂肪胺包括己胺，庚胺，辛胺，壬胺，癸胺，十一胺，十二胺，十五胺，十六胺，十八胺，二十胺，己烯胺，庚烯胺，辛烯胺，壬烯胺，癸烯胺，十一烯胺，十二烯胺，十五烯胺，十六烯胺，十八烯胺，二十烯胺。在此沒有列出的但是具有本公開所說明的特性的脂肪胺化合物也被考慮在內。發(fā)明中的脂肪胺化合物含有上述的一種。

上述的量子點溶劑包括但不限于苯，甲苯，對二甲苯，己烷，環(huán)己烷，二氯甲烷，氯仿，四氯化碳等常見有機溶劑。

上述的量子點沉淀劑包括但不限于甲醇，乙醇，異丙醇，環(huán)己醇，丙酮，乙腈。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：產品不含鎘元素，可實現(xiàn)整個量子點結構的無鎘化，安全環(huán)保，并能擁有優(yōu)異的性質，有極大的工業(yè)發(fā)展前景。

本發(fā)明產品性能好，相對于其他種類量子點，其光譜吸收范圍涵蓋整個可見光區(qū)域及大部分近紅外區(qū)域，會為將來的太陽能電池等應用提供合適的優(yōu)質材料，完全符合進一步生產和應用的需求。

本發(fā)明方法簡潔獨特，操作性強，相對于以往熱注入法制備銅鋅錫硫量子點，本方法采用單鍋無注入法，即在室溫下將所有原料加入到反應體系中，直接升到一定溫度反應，得到性質優(yōu)異的銅鋅錫硫量子點，該方法大大提高了可重復性和可升級性，為工業(yè)化生產提供了安全可靠的途徑。

本發(fā)明無需惰性氣體保護，敞口體系中直接加熱至一定反應溫度，5分鐘即可完成反應，快速簡便，顯著減少了勞動成本，包括時間、人力和裝置等。