[發明專利]一種銅銦硫硒量子點的制備方法

有效

• 申請號: 201710042683.0
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106701084B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 鄒超;吳琴琴;翟蘭蘭;張禮杰;楊云;黃少銘
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;H01G9/20;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 周麗娟

本發明提供了一種銅銦硫硒量子點的制備方法，以二乙基二硫代氨基甲酸銅為銅源，以二乙基二硫代氨基甲酸銦為銦源，以油胺為配體和溶劑，通過兩步反應制得CuInS_xSe_2?x量子點。由本發明方法制得的CuInS_xSe_2?x量子點的尺寸為4～6nm，XRD晶相分析為四方相結構，具有良好的光電性能，適合用于制備量子點敏化太陽能電池。本發明方法中，可以通過改變硒源的量改變量子點中硒硫比，與熱注入法相比，本發明方法簡單易操作，工藝更為簡單，合成周期更短，生產的可控性和重復性好，成本低廉，適用于工業化生產，在太陽能電池中有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于光伏材料領域，具體涉及一種銅銦硫硒(CuInS_xSe_2-x)量子點的制備方法。

背景技術

傳統能源的缺乏和其帶來的污染使得人們重視起能源問題。而清潔且可再生的太陽能是解決人類能源問題的主要能源。通過太陽能直接轉變為電能，是利用太陽能最直接、有效的方式之一。傳統光伏領域的研究主要集中在硅基太陽能電池，隨著幾十年的發展，晶體硅太陽能電池具有光電轉換效率高、穩定等優勢，但由于其建立在對大量硅晶材料需求的基礎上，導致成本比較高，不能有力地和化石能源競爭，這成為限制其進一步發展的瓶頸。為了尋求低成本、高效率的太陽能電池，近年來，在新型太陽能電池的研究探索過程中，量子點敏化太陽能電池由于其特殊的優勢引起了廣泛關注。

量子點敏化太陽能電池與染料敏化太陽能電池最大的不同就是，敏化劑采用了無機半導體量子點來代替昂貴的有機染料。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金半導體量子點是一種理想的窄帶隙材料(1.0-1.5eV)，因其獨特的量子限域效應和光電性質在太陽電池、發光二極管、光電探測器、生物標記、非線性光學等領域中具有潛在的應用。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金半導體量子點材料具有以下優點：①可以通過調控量子點的尺寸改變量子點的帶隙，從而拓寬吸光范圍；②可以吸收一個高能光子產生多個電子-空穴對即多激子效應；③很大的消光系數和本征偶極矩，便于電子-空穴快速分離；④電子給體和受體材料的能級匹配容易實現；⑤制備工藝簡單，成本低穩定性好。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金半導體量子點吸光范圍基本涵蓋了可見光整個區域，是一種可高效吸收太陽光的敏化劑材料。因此，在制備高效率、低成本太陽能電池方面有著廣闊的應用前景。

CuInS₂、CuInSe₂為Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ三元直接窄帶隙半導體材料，禁帶寬度分別為1.5eV和1.04eV，與太陽光譜匹配，并且吸光系數較大，是性能優異的太陽電池光吸收層材料。當材料的量子點尺寸與其激子半徑相當時會表現出量子限域效應，獲得發光波長在近紅外區域的低毒量子點材料，在量子點敏化太陽能電池、生物標記等領域極具潛力。

現階段CuInS₂/CuInSe₂的制備方法比較單一，大多采用熱注入溶劑法。該方法過程復雜，操作繁瑣。如2014年，Zhong Xinhua等(參見J.Am.Chem.Soc.2014,136,9203-9210)以碘化亞銅為銅源，醋酸銦為銦源，以及油胺和十八烯在180℃，氮氣保護下制備得到陽離子前驅體，然后將硫粉溶解在油胺中制備得到的硫源熱注入到陽離子前驅體中，繼續反應20min，離心得到黃銅礦結構的CuInS₂量子點。再如2015年Zhong Xinhua等(參見J.Mater.Chem.A,2015,3,1649–1655)將硒粉溶于DPP，熱注入到氮氣保護的陽離子前驅體中，在180℃下反應10min，冷卻到室溫后離心，就可以的到CuInSe₂量子點。再如2016年ZhuJun等(參見Nanoscale,2016,8,10021–10025)以硒粉為硒源，碘化亞銅為銅源，醋酸銦為銦源，在石蠟、油胺和二氯二苯三氯乙烷溶液里，在180℃下反應10min后，制備得到四方相的CuInSe₂。這些制備方法需要熱注入或需要多種溶劑或配體，且需要用氮氣保護。這樣的制備方法，所需原料種類多，操作繁瑣。因此，發展一種簡單、方便的制備方法具有重要意義。

發明內容