[發(fā)明專利]一種鉛氧族化合物二聚體納米晶、導(dǎo)電薄膜及制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010562062.7
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN111762809A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬萬里;盧坤媛;劉澤柯
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G21/21
• 分類號(hào): C01G21/21;C01B19/04;B05D7/24;B05D1/00;H01L31/032;H01L31/0352;H01L31/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發(fā)明公開了一種鉛氧族化合物二聚體納米晶、導(dǎo)電薄膜及制備方法和應(yīng)用。利用鉛試劑、有機(jī)酸和1?十八烯制備鉛前驅(qū)體；利用二(三甲基硅烷基)氧族化合物、1?十八烯與得到的鉛前驅(qū)體進(jìn)行反應(yīng)，對得到的溶液進(jìn)行冷凍處理后，再通過后處理得到鹵素?fù)诫s的鉛氧族化合物納米晶。本發(fā)明提供的鉛氧族化合物二聚體納米晶在沉積薄膜過程中能使納米晶的排列更加無序，避免晶界的形成，可以進(jìn)一步避免后續(xù)配體交換過程中裂縫的形成。利用本發(fā)明提供的制備方法，可以大幅簡化納米晶太陽能電池器件的制備工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉛氧族化合物二聚體納米晶、導(dǎo)電薄膜其制備方法與在制備太陽能電池中的用途。

背景技術(shù)

IV-VI族的PbX（X=硫、硒、碲）具有很大的波爾半徑，使其量子限域效應(yīng)特別顯著。通過尺寸調(diào)節(jié)，可以大幅度調(diào)節(jié)納米晶材料的帶隙，并且可以使其吸收光譜與到達(dá)地球表面的太陽能光譜很好地匹配，同時(shí)具有吸收系數(shù)大、電子遷移率高、能級可調(diào)等性質(zhì)，使得IV-VI族納米晶成為現(xiàn)階段最為熱門的光伏納米材料，有望成為新一代溶液制程的低成本、高效率的太陽能電池。

目前PbX納米晶太陽能電池制備中使用的納米晶材料絕大多數(shù)都是基于經(jīng)典的熱注射法合成，該方法需使用長鏈的有機(jī)配體（油酸）來控制納米晶的生長，但是長鏈的有機(jī)配體使得納米晶之間相互絕緣，在制備光電器件過程中需要經(jīng)過配體交換的步驟，將長鏈有機(jī)配體交換成短配體來增強(qiáng)納米晶薄膜的導(dǎo)電性。該配體交換步驟是PbS納米晶太陽能電池制備過程中極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)配體交換的方式不同，可以分為以下兩種：

(1) 固態(tài)配體交換：首先使用納米晶溶液制備薄膜，然后浸入到含有短鏈配體的溶液中進(jìn)行交換，該方法適用性廣，是早期納米晶太陽能電池應(yīng)用最為廣泛的方法。但是該方法中為保證配體充分交換和薄膜致密性，每一層薄膜的厚度會(huì)控制在幾十納米，且該過程通常需要重復(fù)10次左右才可以獲得所需厚度的光伏活性層，制備流程異常繁瑣。而且研究表明，固態(tài)交換存在交換不均勻的問題，經(jīng)過多次的極性溶劑沖洗也會(huì)對納米晶表面產(chǎn)生破壞作用，引入缺陷態(tài)。

(2) 溶液相配體交換：為避免固態(tài)配體交換的缺點(diǎn)，近期溶液相配體交換方法被廣泛研究。在這種方法中，熱注射法合成的PbX納米晶分散在非極性溶劑中（正己烷或正辛烷）與鹵化鉛的二甲基甲酰胺溶液攪拌，在溶液相中完成配體交換，表面油酸被鉛鹵鹽替換，然后分散在丁胺溶液中形成PbX納米晶墨水，直接制備成導(dǎo)電薄膜。相比于固態(tài)交換，該方法簡化了器件制備過程，并且避免了多次交換對納米晶表面的破壞。但是該方法需要消耗大量昂貴的鉛鹵鹽和毒性較大的溶劑，制備的納米晶墨水穩(wěn)定性很差，不利于大批量應(yīng)用，仍有較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鉛氧族化合物二聚體納米晶、導(dǎo)電薄膜及制備方法與應(yīng)用，通過使用鉛氧族化合物二聚體納米晶的方式，使用固態(tài)配體交換可以實(shí)現(xiàn)一次性沉積不同厚度的納米晶薄膜，并且保證沒有裂縫。采用該方法制備的納米晶在太陽能電池中的器件性能，進(jìn)而用于制備相應(yīng)的太陽能電池。使用該方法可以有效解決傳統(tǒng)固態(tài)配體交換繁瑣和溶液相配體交換溶液不穩(wěn)定的難題，有望為將來納米晶太陽能電池批量化生產(chǎn)提供新的途徑。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種鉛氧族化合物二聚體納米晶的制備方法，包括以下步驟：

1）將鉛試劑、有機(jī)酸和溶劑加入到反應(yīng)容器中，鉛試劑與有機(jī)酸的摩爾比為1:2.5～5；攪拌、抽真空1～2小時(shí)，直至鉛試劑完全溶解，反應(yīng)液無氣泡且為澄清透明狀，得到鉛前驅(qū)體；

2）向反應(yīng)容器中通入惰性氣體，在溫度為 60～180℃的條件下，將二(三甲基硅烷基)氧族化合物和作為溶劑的1-十八烯混合均勻后，快速轉(zhuǎn)移至步驟1）得到的鉛前驅(qū)體中，繼續(xù)反應(yīng)0.5～30分鐘；

3）反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)液降至室溫并加入正己烷，對反應(yīng)液進(jìn)行冷凍處理，通過離心除去底部沉淀物；