[发明专利]一种I–III–VI2型半导体量子点玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子点光学玻璃领域，尤其涉及一种I–III–VI₂型半导体量子点玻璃 及其制备方法。

背景技术

过去二十年，半导体纳米晶由于其独特的电学和光学性质引起了科学家强烈的兴 趣。这种纳米晶在未来的光子和电子设备有潜在的应用，比如发光二极管、太阳能电池材 料、非线性光学设备和生物光学成像设备。典型半导体纳米晶，II-VI型半导体由于其良好 的荧光性质吸引的更多的关注。但是，II-VI型半导体中的一些元素如Cd、As、Pb、Hg、Se等 元素具有一定的毒性，含有这些元素的半导体并不是环境友好型材料。因此，发展一种不含 有毒元素（环境友好型）的半导体尤为重要。这里，三元I–III–VI₂型半导体（比如AgInS₂）可 以实现这种可能。AgInS₂纳米晶具有黄铜矿结构（禁带能1.9eV），与Cu(In,Ga)Se₂晶体结构 类似。含有AgInS₂基的材料可以用在Cu(In,Ga)Se₂基高效的太阳能电池上，转换效率可以达 到20%。另外，一些研究也发现具有球状的和合适尺寸的AgInS₂纳米晶展现了良好的荧光性 和高的量子产率(~41%)，从而揭示AgInS₂纳米晶在实际应用中扮演着重要的角色。

半导体量子点（quantumdot,记作QD）玻璃是一类重要的纳米材料。半导体在玻璃 基体中生长形成具有纳米尺寸的量子点，这是一个三维受限的准零维结构，具有显著的量 子尺寸效应、库仑阻塞效应、介电受限效应和电光效应等许多不同于三维固体体材料的新 现象、新效应。

发明内容

本发明的目的是提高一种I–III–VI₂型半导体量子点玻璃，该材料中玻璃基质中 形成所需的合适的形貌和尺寸分布均一量子点。

本发明的另一个目的是提供一种实现上述结构的I–III–VI₂型半导体量子点玻璃 的制备方法，该制备方法能够在玻璃基质中形成所需的合适的形貌和尺寸分布均一量子 点。

为实现本发明上述目的，其技术方案是在玻璃基体中形成有形貌和尺寸分布均一 的I–III–VI₂型半导体量子点，所述的I、III、VI分别表示元素周期表中的I族元素、III族元 素、VI族元素。

进一步设置是所述的I–III–VI₂型包括AgInS₂和AgInO₂两种半导体量子点。

进一步设置是所述的玻璃为钠硼硅基玻璃，钠硼硅基玻璃的各组分摩尔比例的组 成为：R(Na₂O/SiO₂)=0.1±0.01,R(B₂O₃/SiO₂)=0.3±0.04，量子点的前驱体掺杂到玻璃 体系中所占比重为1%～1.5%。

进一步设置是包括以下步骤：

(1)在强力搅拌下，将正硅酸乙酯逐滴滴入由无水乙醇、水和稀硝酸组成的混合溶液 中进行充分的水解，直至溶液呈无色透明溶液，形成了稳定的SiO₂前躯体溶液；

(2)将硼酸溶解在乙二醇甲醚中形成含硼的前驱体溶液；单质钠与无水乙醇或无水甲 醇反应生成含钠的前驱体溶液；

(3)在室温条件下，将步骤（2）所形成的含硼的前驱体溶液和含钠的前驱体溶液分别在 搅拌下慢慢滴入到已充分水解的SiO₂前躯体溶液中，在室温下将上述混合溶液连续搅拌， 获得透明、均一、稳定的钠硼硅玻璃溶胶；