[发明专利]一种p型CuxSy半导体纳米晶、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种p型Cu_xS_y半导体纳米晶、制备方法及其应用，属于纳米材料制备和应用领域。

背景技术

含铜硫族半导体纳米晶，如Cu_xS_y、Cu_xSe_y和Cu_xTe_y，具有优异的光电转换、光热转换和热电转换性能，在太阳能电池、光电探测器、锂离子电池电极材料、光催化降解材料、近红外光热治疗领域方面有着重要应用。近年来，对这种半导体纳米晶的制备方法包括超声化学合成、电化学合成和热裂解法合成。如LinSong Li首先合成硬脂酸铜，然后将硬脂酸铜溶解在十八烯中，用十二烷基硫醇(DDT)做硫源，合成粒径为2-20nm的Cu₂S半导体纳米晶，但是该方法合成的纳米晶为辉铜矿(Cu₂S)结构，不是p型半导体纳米材料，所述纳米晶没有在近红外区表现出吸收峰。Clemens Burda分别用超声电化学方法和无溶剂热裂解的方法合成了Cu1.8S半导体纳米晶，但所述两种方法都难以制备出单分散、形貌和尺寸可控的半导体纳米晶。

总而言之，这些合成方法都存在缺陷：（1）很难制备出单分散、尺寸和形貌可控的半导体纳米晶；（2）由于铜的硫化物存在多种不同组分的化合物，如CuS(靛蓝矿)，Cu_1.8S(蓝辉铜矿)，Cu_1.97S(久辉铜矿)，Cu₂S(辉铜矿)，因此难以制备得到单一晶相、组分可控的半导体纳米晶。

发明内容

针对现阶段不能得到晶相单一、分散性良好、尺寸和形貌可控Cu_xS_y半导体纳米晶的缺陷，本发明提供了一种p型Cu_xS_y半导体纳米晶（x/y=1.8）

本发明还提供了所述纳米晶的制备方法，所述制备方法为热注入的方法。

本发明还将所述纳米晶应用到聚合物太阳能电池中，提高空穴传输层的导电能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种p型Cu_xS_y半导体纳米晶，其中x/y=1.8，所述纳米晶为球形，粒径为6~12nm；

优选所述纳米晶为立方晶型；

优选所述纳米晶的吸收光谱吸收峰在1100～1400nm范围内。

一种本发明所述的p型Cu_xS_y半导体纳米晶的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一、制备铜源

将铜盐、油酸和油胺混合得到混合溶液1，在隔绝氧气状态下，将混合溶液1加热到90～150℃并混合，直至形成均一透明墨绿色的溶液，得到铜源；

所述铜盐为卤化铜盐，铜离子为一价或二价，如CuCl₂、CuCl或CuI；

油胺与铜盐的物质的量的比≥1；油酸与油胺的体积比≥1；

其中，油酸与油胺作为反应物和纳米晶表面配体，十八烯为溶剂；

步骤二、制备硫源

将硫粉和十八烯混合得到浑浊的混合溶液2，在隔绝氧气状态下，将混合溶液2加热到180~300℃并混合，直至形成均一透明的浅黄色或黄色溶液，得到硫源；

步骤三、制备胶体溶液

将步骤一得到的铜源注入到硫源中得到混合溶液3，在隔绝氧气状态下，将混合溶液3加热到120～220℃，恒温反应30s～10min，得到胶体溶液；

优选注入时间≤10s；

铜盐的物质的量：硫粉的物质的量=4:1~1:2；

步骤四、制备纳米晶

将步骤三得到的胶体溶液用极性溶剂进行清洗，通过离心沉降得到本发明所述的p型Cu_xS_y半导体纳米晶；

所述极性溶剂为材料制备领域的常规试剂，如丙酮、甲醇、乙醇、甲苯等。

优选在步骤一中将铜盐、油酸、油胺和十八烯混合得到混合溶液1。

将所述p型Cu_xS_y半导体纳米晶与P3HT混合后，可应用于聚合物太阳能电池。

有益效果