[发明专利]一种锌掺杂铜铟硫量子点的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏材料制备领域，具体涉及一种量子点的合成方法。

背景技术

能源是影响国民经济发展和人类生活水平提高的重要物质基础。但传统的煤炭、石油、天然气等化石能源有限，且会对环境造成污染，制约了人类的可持续发展。太阳能作为可再生能源之一，具有资源丰富、分布广泛、环境友好、可持续利用等特点。太阳能电池把太阳能转换成电能，是利用太阳能最直接有效的方式。

太阳能电池经过了一百多年的发展，按照其发展历史和制作材料可分为三代：硅基半导体电池、多元化合物薄膜太阳能电池、新型薄膜太阳能电池。硅基半导体太阳能电池和多元化合物薄膜太阳能电池存在材料成本高、工艺复杂、环境污染等问题。而第三代新型薄膜太阳能克服了这些问题，且具有转换效率高等优势。量子点敏化太阳能电池属于第三代太阳能电池。

量子点作为敏化剂弥补了常规染料的吸光范围窄、吸光效率小的缺点。I-III-VI族半导体，是一类由I族(Cu、Ag)，III族(Ga、In)，VI族(S、Se)等元素组成的材料，大都是直接窄带隙半导体。其中，CuInS₂带隙为1.5eV，与太阳光谱非常匹配，并且吸光系数较大，是性能优异的太阳电池光吸收层材料。目前大部分合成方法得到的CuInS₂的晶体结构复杂，缺陷态多，CuInS₂作量子点敏化剂的太阳能电池的转化效率一般为4～6％。

目前，提高基于CuInS₂量子点的太阳能电池效率的关键技术是减少缺陷态密度，抑制载流子的复合。由于在量子点中缺陷浓度的调控有一定的难度，现有研究中常用的技术是在CuInS₂量子点表面生长一层带隙较宽的无机壳层(如ZnS)形成核壳结构，能够有效减少量子点表面缺陷态，提高量子点的荧光效率和稳定性。如2014年，Zhong Xinhua等(参见J.Am.Chem.Soc.2014,136,9203-9210)以碘化亚铜为铜源，醋酸铟为铟源，以及油胺和十八烯在180℃、氮气保护下制备得到阳离子前驱体，然后将硫粉溶解在油胺中制备得到的硫源热注入到阳离子前驱体中，继续反应20min，离心得到黄铜矿结构的CuInS₂量子点。将洗涤离心后得到的CuInS₂量子点溶于油胺和十八烯中，加热到100℃并真空保护，然后注入已将醋酸锌溶解在油胺和十八烯的锌源，从而得到外面包覆一层ZnS的核壳结构的量子点CuInS₂/ZnS。用CuInS₂/ZnS量子点制备的电池效率相较同样方法制备的CuInS₂量子点的电池效率有明显的提升，该效率也是现有文献报道的基于CuInS₂量子点的太阳能电池的最高效率。但是，该类制备方法通常都需要先合成CuInS₂量子点，然后再引入Zn源在其表面生长包覆ZnS层形成核壳结构，这样一来，该方法由于步骤复杂而使得可控性不佳，而且，虽然该方法可以一定程度减少表面电子空穴复合并使得效率提升，但是，由于CuInS₂量子点的合成步骤中仍然会导致复杂晶体结构，因此不能有效减少量子点的内部固有缺陷，在TiO₂与量子点界面之间难以建立复合屏障。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Zn掺杂CuInS₂量子点的合成方法，无需先合成CuInS₂量子点，一步反应直接合成Zn掺杂CuInS₂量子点，该方法通过形成多元合金化减少内部缺陷复合，增加电子注入效率，简单可控，工艺周期短，还可根据所加入的锌源的量来调控Zn掺杂CuInS₂量子点中锌的量，从而调控量子点的缺陷。该Zn掺杂CuInS₂量子点用于敏化太阳能电池具有良好的光电性能。

一种Zn掺杂CuInS₂量子点的合成方法，包括以下步骤：

(1)将二乙基二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铟、二乙基二硫代氨基甲酸锌和油胺混合，其中，铜铟元素摩尔比为1:(1～100)，锌铟元素摩尔比为(0.01～500):1，二乙基二硫代氨基甲酸铜相对于油胺的浓度(即，二乙基二硫代氨基甲酸铜的物质的量/油胺的体积)为0.001～10mol/L；将混合液置于150～240℃恒温油浴中，反应10～40分钟；