[发明专利]一种阳离子交换原位沉积Ag2S量子点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过阳离子置换的方式在光阳极上原位沉积Ag₂S量子点方法，其应用领域主要在光电化学相关领域。

背景技术

由于量子尺寸效应与多激子效应等众多优点，以量子点技术为基础的量子点敏化太阳电池近年来得到了较大的关注。CdS/CdSe作为目前经典高效的共敏化体系被广泛研究，然而该体系的吸收长波限约为700nm，不能实现大部分红光及近红外波段光的吸收与转换，以至于约40%的太阳光未被利用。为实现敏化剂吸收限红移，使得敏化剂带隙与太阳光能谱更好的匹配，CuInS₂、PbS、CdTe、Ag₂S量子点被用来作为高效光敏化剂。

Ag₂S是带隙宽度为1.1eV的直接带隙半导体，其光学带隙在光伏器件最佳带隙（1.0-1.5eV）范围内，可将光谱响应范围拓宽至1100nm波段的近红外区。相对于CuInS₂这种三元化合物无机半导体量子点，Ag₂S作为一种二元化合物更容易制备，并且其制备所需的原料也更加便宜。相对于PbS、CdTe量子点，Ag₂S对环境更为友好。PbS的带隙为0.37eV，导带底位置相对较低，为了获得与基体材料能带及太阳光能谱匹配性好的PbS量子点，要求其粒径比其它量子点更小，这为PbS量子点的制备增加了困难。CdTe量子点除了Cd对环节污染外，Te是稀有元素，制备过程中Te源昂贵且不稳定，这也大大限制了CdTe量子点的使用。所以Ag₂S量子点在光电化学器件中有着巨大的应用潜力。

目前制备Ag₂S量子点的方法主要有非原位合成法、光沉积法和连续离子层吸附反应法。非原位法通常是是先合成胶体量子点，然后通过非原位的方式(如直接吸附或连接剂辅助吸附)，将量子点沉积到宽带隙半导体材料(光阳极基体材料)上。直接吸附时量子点的表面包有一层长链的有机分子，这种依靠长链分子直接吸附的方式使得量子点覆盖率降低，并且这些长链分子会降低量子点与半导体光阳极之间的电荷转移率，进而降低光电转化效率。辅助吸附时量子点表面通常被水溶性双官能团分子包覆，它们可作为连接剂分子吸附到半导体光阳极的表面，但是连接剂分子不仅影响量子点的负载量，还会影响电荷的传输、分离与复合，从而降低光电转换效率。光沉积法的主要步骤是将光阳极浸入Ag⁺源溶液中，并用高强度汞灯照射一定时间后取出清洗并烘干，再将光阳极浸入S^2-源溶液中在加热条件下保温数小时制得Ag₂S量子点。此制备过程繁琐，制备条件不易控制，制备时间长，不利于产业生产应用。连续离子层吸附反应法沉积Ag₂S时，Ag₂S量子点在光阳极表面不易吸附，且随着沉积次数的增加，不可避免的会在溶液中生成沉淀，使得前驱体溶液无法再使用，造成源溶液的大量浪费。银本身属于贵金属，不利于生产成本的降低。针对此种情况，我们先在光阳极上引入一种相对易于吸附、原材料来源广、价格便宜的金属硫化物量子点，再将金属离子置换成Ag⁺，从而在光阳极材料上原位生长Ag₂S量子点。此方法操作简便，成本低廉，重复性好，便于工业化生产应用。

发明内容

本发明提供了一种在光阳极材料上原位生长Ag₂S量子点的方法，并将其应用到了光电化学器件。此方法操作简单，重复性好，不需要链接剂辅助，减少了Ag源溶液的浪费。

本发明目的在于提供一种在光阳极材料上原位沉积Ag₂S量子点的方法，通过以下方式实现：

1.光阳极材料如SnO₂多孔薄膜，ZnO纳米柱阵列，TiO₂纳米柱阵列的制备

2.量子点的合成

1)在光阳极材料上生长金属硫化物量子点；

2)配备浓度为0.01~0.1M含有Ag⁺的可溶性盐溶液；

3)将步骤1)得到的光阳极浸入步骤2)制备的盐溶液中5~10min,取出用相应的溶剂清洗干净，并烘干。则在光阳极材料上形成Ag₂S量子点敏化剂层。

具体实施方式：

以下实施旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1：