[发明专利]一种铜铟硒量子点的合成方法

说明书

本发明提供了一种铜铟硒量子点的合成方法，以碘化亚铜或乙酰丙酮铜为铜源，以醋酸铟或乙酰丙酮铟为铟源，以油胺为配体和溶剂，通过两步反应制得CuInSe₂量子点。由本发明方法制得的CuInSe₂量子点的尺寸为4～10nm，XRD晶相分析为四方相结构，具有良好的光电性能，适合用于制备量子点敏化太阳能电池。与热注入法相比，本发明方法简单易操作，工艺更为简单，合成周期更短，生产的可控性和重复性好，成本低廉，适用于工业化生产，在太阳能电池中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于光伏材料领域，具体涉及一种铜铟硒(CuInSe₂)量子点的合成方法。

背景技术

传统能源的缺乏和其带来的污染使得人们重视起能源问题。而清洁且可再生的太阳能是解决人类能源问题的主要能源。通过太阳能直接转变为电能，是利用太阳能最直接、有效的方式之一。传统光伏领域的研究主要集中在硅基太阳能电池，随着几十年的发展，晶体硅太阳能电池具有光电转换效率高、稳定等优势，但由于其建立在对大量硅晶材料需求的基础上，导致成本比较高，不能有力地和化石能源竞争，这成为限制其进一步发展的瓶颈。为了寻求低成本、高效率的太阳能电池，近年来，在新型太阳能电池的研究探索过程中，量子点敏化太阳能电池由于其特殊的优势引起了广泛关注。

量子点敏化太阳能电池与染料敏化太阳能电池最大的不同就是，敏化剂采用了无机半导体量子点来代替昂贵的有机染料。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金半导体量子点是一种理想的窄带隙材料(1.0-1.5eV)，因其独特的量子限域效应和光电性质在太阳电池、发光二极管、光电探测器、生物标记、非线性光学等领域中具有潜在的应用。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金半导体量子点材料具有以下优点：①可以通过调控量子点的尺寸改变量子点的带隙，从而拓宽吸光范围；②可以吸收一个高能光子产生多个电子-空穴对即多激子效应；③很大的消光系数和本征偶极矩，便于电子-空穴快速分离；④电子给体和受体材料的能级匹配容易实现；⑤制备工艺简单，成本低稳定性好。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金半导体量子点吸光范围基本涵盖了可见光整个区域，是一种可高效吸收太阳光的敏化剂材料。因此，在制备高效率、低成本太阳能电池方面有着广阔的应用前景。

CuInSe₂为Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ三元直接窄带隙半导体材料，禁带宽度约为1.04eV，与太阳光谱匹配，并且吸光系数较大，是性能优异的太阳电池光吸收层材料。当CuInSe₂半导体量子点尺寸与其激子半径相当时会表现出量子限域效应，获得发光波长在近红外区域的低毒量子点材料，在量子点敏化太阳能电池、生物标记等领域极具潜力。

现阶段CuInSe₂量子点的制备方法比较单一，大多采用热注入溶剂法。该方法过程复杂，操作繁琐。如2015年Zhong Xinhua等(参见J.Mater.Chem.A,2015,3,1649–1655)将硒粉溶于DPP，热注入到氮气保护的阳离子前驱体中，在180℃下反应10min，冷却到室温后离心，得到CuInSe₂量子点。再如2016年Zhu Jun等(参见Nanoscale,2016,8,10021–10025)以硒粉为硒源，碘化亚铜为铜源，醋酸铟为铟源，在石蜡、油胺和二氯二苯三氯乙烷溶液里，在180℃下反应10min后，制备得到四方相的CuInSe₂。这些制备方法需要热注入或需要多种溶剂或配体，且需要氮气保护。

申请号为201310452238.3的中国发明专利申请公开了一种近红外铜铟硒量子点及其制备方法，包括如下步骤：将氯化铜或醋酸铜、醋酸铟、硒氢化钠以及3-巯基丙酸溶于水中得混合溶液，调节pH值至8～9，在93～98℃下加热反应60-90min，降至室温，即得所述近红外铜铟硒量子点。该方法中所使用的硒氢化钠(NaHSe)不稳定且需要在无氧环境下制备，制备过程分步进行，规模合成和工业化生产的成本较高。