[發(fā)明專利]用于制備尺寸可調(diào)的鉛硫族量子點(diǎn)的直接合成方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110389701.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113122251B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬萬(wàn)里;劉洋;劉澤柯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K11/66
• 分類號(hào): C09K11/66;C09K11/88;C01G21/21;B82Y40/00;B82Y20/00;H01L51/42
• 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)明涉及一種用于制備尺寸可調(diào)的鉛硫族量子點(diǎn)的直接合成方法及其應(yīng)用。將鉛鹵化物，硫族前驅(qū)體和溶劑混合，完全溶解后得到前驅(qū)體溶液；加入丁胺，在溫度為0℃～100℃的條件下持續(xù)反應(yīng)后，加入非極性溶劑沉淀，再經(jīng)離心棄去上層液及真空抽干，得到鉛硫族量子點(diǎn)，應(yīng)用于太陽(yáng)能電池。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)鉛、硫族前驅(qū)體的濃度和不同溶劑，在丁胺的作用下，一步直接合成尺寸可調(diào)的鉛硫族量子點(diǎn)，解決了量子點(diǎn)墨水直接合成尺寸不可調(diào)的局限性，可以獲得更大尺寸調(diào)控范圍的量子點(diǎn)，并且合成大尺寸量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中實(shí)現(xiàn)了初步的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接合成尺寸可調(diào)的PbS量子點(diǎn)及其大尺寸量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

Ⅳ-Ⅵ族的PbX(X=S,Se,Te)具有很大的波爾半徑，這使得它們的量子限域效應(yīng)特別顯著，通過(guò)尺寸調(diào)節(jié)，可以大幅度調(diào)節(jié)量子點(diǎn)材料的帶隙，并且使其吸收光譜與到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能光譜很好得匹配，同時(shí)具有吸收系數(shù)大、電子遷移率高、能級(jí)可調(diào)等性質(zhì)，使得Ⅳ-Ⅵ族量子點(diǎn)成為現(xiàn)階段研究最為熱門(mén)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(yáng)能電池。

目前鉛硫族量子點(diǎn)需要使用長(zhǎng)鏈有機(jī)物作為配體來(lái)控制其尺寸、形狀等，這些長(zhǎng)鏈有機(jī)物配體在后續(xù)制備器件時(shí)需要進(jìn)行繁瑣的配體交換來(lái)去除，從而使其薄膜能夠進(jìn)行電荷傳輸。現(xiàn)有技術(shù)中，公開(kāi)了一種室溫合成PbS量子點(diǎn)，可以直接用于太陽(yáng)能電池的制備（參見(jiàn)文獻(xiàn)：Nat Commun 2019 10, 5136），采用N,N-二甲基甲酰胺體系、碘化鉛與N,N-二苯基硫脲的摩爾比為6:1，反應(yīng)溫度為25℃～100℃的合成條件得到的PbS量子點(diǎn)的紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖參見(jiàn)附圖1，由圖1可見(jiàn)其量子點(diǎn)的尺寸調(diào)節(jié)范圍比較窄，通過(guò)傳統(tǒng)的有機(jī)相調(diào)節(jié)尺寸的方法對(duì)尺寸調(diào)節(jié)影響不大，這極大地限制了鉛硫族量子點(diǎn)在近紅外和中紅外光電器件中的應(yīng)用。而且PbX量子點(diǎn)是唯一一種能吸收1100nm以后的溶液法光伏材料，同時(shí)在光電探測(cè)器的應(yīng)用也具有很大的價(jià)值。而尺寸調(diào)節(jié)的限制也嚴(yán)重阻礙了量子點(diǎn)器件產(chǎn)業(yè)化的前進(jìn)道路。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單有效的尺寸可調(diào)的合成方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種尺寸可調(diào)的PbX量子點(diǎn)墨水的直接合成方法，并將大尺寸量子點(diǎn)應(yīng)用在太陽(yáng)能電池中，得到性能更優(yōu)的器件。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供兩種用于制備尺寸可調(diào)的鉛硫族量子點(diǎn)的直接合成方法，其方法一包括以下步驟：

（1）將鉛鹵化物，硫族前驅(qū)體和溶劑混合，在室溫下攪拌，直至鉛鹵化物，硫族前驅(qū)體完全溶解，反應(yīng)液為澄清透明狀，得到前驅(qū)體溶液；所述的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的一種或它們的混合溶劑，或N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜與γ-丁內(nèi)酯的任意組合的混合溶劑；所述鉛鹵化物的物質(zhì)的量為0.006M～0.6M；鉛鹵化物，硫族前驅(qū)體按物質(zhì)的量的比例為2:1～6:1；

（2）將丁胺加入到步驟（1）得到的前驅(qū)體溶液中，丁胺與溶劑的體積比為1：9～10，在溫度為0℃～100℃的條件下持續(xù)反應(yīng)后，再加入非極性溶劑沉淀，經(jīng)離心棄去上層液及真空抽干后處理，得到鉛硫族量子點(diǎn)。

本發(fā)明技術(shù)方案提供用于制備尺寸可調(diào)的鉛硫族量子點(diǎn)的直接合成方法，其方法二包括以下步驟：

（1）將適量的鉛鹵化物，硫族前驅(qū)體和溶劑混合，在室溫下攪拌，直至鉛鹵化物，硫族前驅(qū)體完全溶解，反應(yīng)液為澄清透明狀，得到前驅(qū)體溶液；所述的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的一種或它們的混合溶劑，或N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜與γ-丁內(nèi)酯的任意組合的混合溶劑；