[发明专利]一种具有核壳结构的量子点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池用纳米材料技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的量子点及其制备方法。

背景技术

太阳提供给我们可以利用的能量大约为100,000兆兆瓦，这个数据约为目前地球能源消耗速度的10,000倍。光伏电池正越来越多地被用于开发这一巨大的能源资源，并将在未来可持续能源系统中发挥关键的作用。但由于目前通过光伏电池将太阳能直接转换为电力的成本过高，例如其成本是核能的5～10倍，是初级化石能源的25～50倍，因此成本过高这一问题一致阻碍着光伏电池产业的迅猛发展。

近来有试验表明，基于纳米技术的量子点新技术可显著提高光伏电池的光电转换效率，因此可有效降低通过光伏电池将太阳能直接转换为电力的成本，提升太阳能发电技术的竞争力。美国国家再生能源实验室的高级研究员Nozik, A.J.认为，量子点技术的光伏太阳能电池光电转换效率可达42%，远高于目前的硅基太阳能电池（约18%）。美国能源部国家实验室的科学家发现，半导体量子点材料具有优越的光电特性，量子点材料受高能光子撞击时释放电子的数量是硅半导体材料的2倍以上，最高可达7倍，这意味着光电转化效率能够得到大幅度的提高，降低太阳能电池的发电成本。不仅如此，由于量子点材料可以通过简单的化学反应得到，其材料价格将非常低廉。

量子点，又可称为纳米晶，是科学家自上世纪90年代以来一直潜心研究的半导体纳米材料新技术。通俗地说，量子点就是具有量子限域效应的金属或半导体纳米颗粒材料。量子点应用领域研究主要集中于生物领域，即量子点在细胞、组织成像以及免疫分析检测方面的研究，近来开始探索量子点在太阳能电池领域的应用，主要就是提高太阳能电池的光电转换效率，以降低发电成本。

光伏电池对量子点提出了以下要求：（1）选用的量子点在紫外光～可见光范围内具有超强的吸收，然后转化发射出硅基太阳能电池强吸收范围的光波（蓝绿光）或者直接发射多个电子；（2）量子点光物理和光化学性质稳定，并且寿命长。目前的量子点由于尺寸小、比表面积巨大，因此容易被氧化及其它原因变质，寿命最多半年。

国际上现在多采用物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）方法制备光伏电池改性用量子点纳米薄膜涂层，且多为硅纳米晶量子点。这种技术复杂，比较依赖设备，且成本贵。

国内采用量子点技术对光伏电池进行改性研究发展较快，但主要还是模拟美国能源部硅基纳米晶量子点制备路线，采用偏物理及倚重仪器设备的化学气相沉积法（CVD，多为PECVD）得到硅基纳米晶。近年来，在国家自然科学基金中也出现了像浙江理工大学崔灿等的“阵列化半导体量子点的制备及其在太阳电池中的应用”这样的项目，进行了物理法或化学气相沉积法制备量子点并用于硅太阳能电池改性方面的研究。此外，化学法合成纳米晶量子点（一般量子点，非核壳结构）用于敏化太阳能电池的研究也已见诸报道。但是，纯化学合成法合成核壳结构纳米晶，并直接将其用于提高硅太阳能电池光电转换效率的研究尚未见报道。

基于新型材料纳米晶量子点对光伏太阳能电池光电转化效率有巨大提高的潜力，研制新型的具有优良光电性能且使用寿命长的量子点，并将其用于纳米晶量子点硅基太阳能电池的研制不仅有一定的基础研究意义，而且对将来开发高光电转换效率量子点太阳能电池具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电性能优良、使用寿命长的具有核壳结构的量子点。

本发明的目的还在于提供一种量子点的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种具有核壳结构的量子点，该量子点具有以硫化镉材料为核，以亚硫酸镉材料为壳的核壳结构。所述量子点的核的粒径为3～6nm，壳层的厚度为0.1～0.5nm。所述量子点的荧光激发峰λ_ex.max位于355～362nm，发射峰λ_em.max位于462～472nm。