[发明专利]一种金与铜铟硒的核壳纳米晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳纳米材料，尤其是涉及一种金与铜铟硒的核壳纳米晶(记为AuCuInSe₂)及其制备方法。

背景技术

能源是人类社会生存和发展的基础，解决当前的能源危机已经刻不容缓。太阳能作为最具潜力的可再生能源，受到了全世界的广泛重视。在太阳能的有效应用中，发展最快且最具活力的领域为光电转换，因此太阳能电池的研制与开发格外引人注目。CuInSe₂三元半导体化合物由于具有合适的禁带宽度，高的光吸收系数以及优越的光稳定性，使其成为薄膜太阳能电池研究中最具潜力的材料之一。目前，由于传统制备工艺的条件苛刻，成本高而使得CuInSe₂薄膜太阳能电池的广泛应用受到了限制。为了解决这些问题，近年来人们发展了一种通过液相合成CuInSe₂纳米晶，并将其分散在合适溶剂中形成“墨汁”，进一步将“墨汁”涂抹或印刷在价廉的基底上组装成电池。这种方法有效地简化了制备工艺，并大幅度地降低了相应太阳能电池的成本，具有重要的研究和应用前景。

然而，目前利用CuInSe₂纳米晶制备的薄膜太阳能电池的能量转换效率还相对较低。有报道的电池结构为Mo/CuInSe₂/CdS/ZnO/ITO，面积为～0.12cm²其电池转换效率为3.2％(QiJie Guo，Suk Jun Kim，Mahaprasad Kar，William N，Shafarman，Robert W.Birkmire，Eric A.Stach，Rakesh Agrawal，and Hugh W.Hillhouse，Nano Letters.2008，8，2982.)。另有文献报道面积为～3cm²的薄膜电池其电池转换效率则仅为0.2％(Panthani，M.G.；Akhavan，V.；Goodfellow，B.；Schmidtke，J.P.；Dunn，L.；Dodabalapur，A.；Barbara，P.F.；Korgel，B.A.Journal of the American Chemical Society 2008，130，16770.)。除了制作工艺需要改进外，关键原因之一在于纳米晶光伏层存在过多的界面，从而导致了光生载流子收集率低。为了解决这个问题，可采用大小适中的纳米颗粒构筑超薄的光伏层以减少层内的界面，减少载流子在光伏层内的界面复合，提高光电流。与此同时，为了保证超薄光伏层对太阳光有较好的吸收，一个策略是引入金属纳米结构，并利用其金属纳米颗粒表面等离子共振来增强光伏层的光吸收。基于以上分析，构筑贵金属与半导体纳米晶的核壳纳米结构对于提高薄膜太阳能电池的效率是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金与铜铟硒的核壳纳米晶及其制备方法，本发明采用分步注入法制备AuCuInSe₂核壳纳米晶。

所述金与铜铟硒的核壳纳米晶为核壳结构，核为金纳米粒子，壳层为铜铟硒CuInSe₂壳层。

所述金与铜铟硒的核壳纳米晶的制备方法包括以下步骤：

1)制备胶体纳米金的油胺溶液：将三苯基膦氯化金与油胺混合，分散均匀，加热搅拌，抽真空，使体系的真空度小于-0.1MPa，通入氮气，并升温加热反应得到暗红色的胶体纳米金的油胺溶液；

2)制备硒的油胺溶液：将硒粉加入到油胺中，分散均匀，加热搅拌，抽真空，使体系的真空度小于-0.1MPa，通入氮气，并升温加热反应得到红棕色透明的硒的油胺溶液；

3)制备铜盐和铟盐的油胺配合物：将氯化亚铜和氯化铟加入到油胺溶剂中，加热搅拌，抽真空，使体系的真空度小于-0.1MPa，通入氮气，并升温加热得到铜盐和铟盐的油胺配合物，铜盐和铟盐的油胺配合物呈黑色的浑浊液；

4)将步骤1)中制得的胶体纳米金的油胺溶液注入到步骤2)中的硒的油胺溶液中，保持加热搅拌，得到灰黑色的浑浊液；

5)将步骤4)中制得的浑浊液注入到步骤3)中的铜盐和铟盐的油胺配合物，保持加热反应，离心，所得沉淀用三氯甲烷与乙醇清洗至少1次，即得金与铜铟硒的核壳纳米晶，记为AuCuInSe₂。

在步骤1)中，所述三苯基膦氯化金与油胺的用量最好是在1mL油胺中加入6.4～12.8mg的三苯基膦氯化金，所述分散最好在室温下超声分散5min，所述氮气氛围下的温度最好为80℃，所述升温加热反应最好温度升至120℃并维持加热反应0.5h。