[發明專利]一種太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料及其制備

有效

• 申請號: 201610046646.2
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105713613B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 葉柿;孫佳奕;蘇軍;張勤遠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明屬于光轉換材料領域，特別涉及一種太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料及其制備方法。

背景技術

隨著能源問題的日益嚴峻以及科學技術的快速發展，太陽能電池作為一種新型的能源轉換裝置越來越多的引起人們的關注，將透過太陽能電池的長波太陽光充分轉換為太陽能電池可以吸收利用的光是提高太陽能電池效率的有效辦法，因此對調制太陽光光譜的上轉換材料的研究也日益廣泛。

半導體量子點具有發射光譜可調控，光穩定性較好，較寬的激發譜和較窄的發射譜等多重優異性能，是發光材料領域的熱門研究對象，但其在上轉換應用中由于量子點帶隙間無介穩能級導致雙光子吸收效率很低，從而限制了其發展和應用；大多數的上轉換材料的研究都集中在稀土離子，因為稀土離子的f-f躍遷譜線豐富，數量眾多的亞穩能級可作為光轉換過程的中間態，更容易實現上轉換轉換過程，因而在光轉換領域廣泛使用。量子點CdSe是一種研究最多的高效率發光材料，但它雙光子吸收效率低。而Yb³⁺由于其在紅外光區具有簡單的介穩能級結構且紅外光吸收效率高，是一種常用的上轉換敏化離子，在CdSe量子點中摻入Yb³⁺便可綜合它們各自優勢從而提高上轉換效率。但由于Cd²⁺與Yb³⁺離子半徑差異較大、電荷不匹配且在量子點溶液合成過程中它們的前驅體配合物分解溫度差別較大，導致Yb³⁺很難摻入CdSe量子點或者少量摻入后缺陷過多使得發光效率很低。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料。

本發明另一目的在于提供上述太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料的制備方法。該制備過程采用多步注射合成法，先通過多次快速注射法得到CdSe量子點，再通過離子交換法摻雜Yb³⁺離子，最后通過多次注射法在材料外表面均勻包覆CdSe層。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料，以CdSe量子點為基質，摻雜Yb³⁺為激活離子，化學式為CdSe:Yb³⁺。

所述的太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料的外表面包覆有一層CdSe殼層。

常溫條件下，所述的太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料可在800～1100nm光激發下發射640nm橙色光。

一種上述的太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料的制備方法，包括以下具體步驟：

(1)鐿溶液的制備：以水合乙酸鐿，油酸和十八烯為原料在真空條件下加熱攪拌，得鐿溶液；

(2)Se粉的十八烯懸濁液的制備：將Se粉分散于十八烯中，得Se粉的十八烯懸濁液；

(3)Cd溶液的制備：將氧化鎘(CdO)、硬脂酸以及十八烯在真空條件下加熱攪拌，得Cd溶液；

(4)CdSe量子點的制備：取步驟(3)制備的Cd溶液，向其中分批加入Se粉的十八烯懸濁液反應，得CdSe量子點；

(5)太陽能電池光轉換用稀土摻雜量子點材料的制備：向步驟(4)中制備得到的CdSe量子點中加入鐿溶液進行離子交換反應，然后再分批加入Se粉的十八烯懸濁液反應，得目標產物。

步驟(1)中所用的油酸和十八烯的體積比為1:(9～11)；

步驟(1)中所得的鐿溶液中Yb³⁺濃度為0.08～0.12mol/L。

步驟(1)中，所述的加熱攪拌是指在140℃～160℃攪拌30min。

步驟(2)中所述的分散指超聲分散。

步驟(2)中所述的Se粉為200目的Se粉。

步驟(2)中所得的Se粉的十八烯懸浮液的濃度為0.08～0.12mol/L。

步驟(3)中所用的氧化鎘和硬脂酸的質量比為1:(1.0～1.2)。

步驟(3)中所得的Cd溶液中Cd²⁺濃度為0.04mol/L。

步驟(3)中所述的加熱攪拌指在110～130℃攪拌30min。

步驟(4)中所用的Cd溶液與Se粉的十八烯懸濁液的體積比為(4.5～5.5):1。

步驟(4)中所述的分批加入Se粉的十八烯懸濁液反應是指分兩次加入，每次加入后反應10min，反應溫度為250℃，兩次加入的Se粉的十八烯懸濁液的體積比為1:1。