[发明专利]Zn-CuInSe2

说明书

本发明公开了Zn‑CuInSe₂/ZnSe核壳量子点的合成方法，先用油胺活化二氧化硒，再向其中加入乙酰丙酮铜、醋酸铟和醋酸锌，反应得到Zn‑CuInSe₂量子点溶液，经多次离心和清洗得到中间产物量子点沉淀，被分散在油胺和硫醇中反应，再向其中逐滴注入锌前驱体溶液，得到目标核壳量子点溶液，经多次离心和清洗后得到目标核壳量子点沉淀。本发明摒弃了毒性较大的溶剂配体的使用，无需控制反应气氛，只需要在低温下注入锌前驱体即可实现壳体包覆，制得的目标核壳量子点的荧光吸收峰明显蓝移，实现更宽的光捕获范围，荧光强度显著增强，应用在太阳能电池中PCE显著提高。

技术领域

本发明属于光伏材料领域，具体涉及一种量子点材料的合成方法。

背景技术

量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)是以量子点形式的半导体作为光吸收材料的一种光电化学太阳能电池。量子点(Quantum dots)是指三维方向尺寸均小于相应物质块体材料激子德布罗意波长的准零维纳米结构(一般介于1-10nm之间)，可视为少量原子构成的团簇。量子点的特殊几何尺寸使其具备了独特的量子效应，基于此，量子点材料具备独特光、热、磁和电学性能，可以广泛应用在太阳能电池、光学器件和生物标记等领域。

在光伏电池领域，量子点最具有吸引力的特点之一就是通过调控粒径尺寸实现量子点的能带可调节性，进而实现从可见到近红外光区的光谱吸收。由于太阳光的光谱辐射有一半以上是在红外区，因此对红外光子的捕获对提高太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。通常，使用更大尺寸的量子点可以实现更宽的光捕获范围。然而，大尺寸QD由于渗入介孔氧化膜的难度，以及QD敏化剂到TiO₂的电子注入问题，导致PCE较低。所以，用较宽带隙材料合金化是调节光电性能的有利方法。寻找合适的制备方法，将二元半导体材料作为壳层包覆到多元的核量子点中获得核壳量子点，使量子点的捕获光的范围增大，光学性能显著提高，为后续量子点的应用提供坚实的基础，是当前的研究热点。

Takahisa Omata等在题为“Fabrication of Core-Shell-Type Copper IndiumSelenide and Zinc Selenide Composite Quantum Dots and Their OpticalProperties” (Journal of Nanoscience and Nanotechnology,2011,11(6):4815-4823)中合成了 CuInSe₂/ZnSe核壳量子点。首先，制备CuInSe₂核量子点：Se源是采用TOP(三正辛基膦)-Se，铜源是将CuI溶解在TOOP(三苯基氧膦)和ODE(十八烯)中并通氩气在180℃反应60分钟后冷却至室温所得，铟源是将InCl₃溶解在TOOP 中并通氩气在140℃反应60分钟后冷却至室温再加入ODE所得，取出一定质量的Se源、铜源和铟源溶液，再加入HAD(十六胺)的混合物放置反应烧瓶中通入氩气在320℃油浴中反应一定时间后，冷却至室温。然后，做ZnSe壳层：将醋酸锌溶解在油胺和十八烯中，再与TOP-Se和油胺混合；然后，抽取已有的CuInSe₂量子点分散在ZnSe源溶液中，通入氩气在200～250℃反应一定时间后，冷却至室温，制成CuInSe₂/ZnSe核壳量子点。该方法首次给出了CuInSe₂/ZnSe核壳量子点的合成方法，量子点的光致发光发射强度增强，并出现蓝移。该文献未给出其在器件中的应用情况。该文献公开的方法使用了多种溶剂，且反应在惰性保护氛围和高温下进行，工艺复杂且操作难度高，还含有如TOP或TOOP等毒性较大的溶剂配体，对操作环境要求比较高。