[发明专利]掺杂复合结构硅量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种掺杂复合结构硅量子点及其制备方法与应用。所述掺杂复合结构硅量子点制备方法包括如下步骤：将硅的无机氧化物粉体和硼粉体在含有还原性气体的环境中进行等离子处理，将部分所述硅的无机氧化物还原反应，然后冷却处理，生成掺杂复合结构硅量子点。所述掺杂复合结构硅量子点包括核体和包覆于所述核体的壳层，且所述核体的材料为掺硼硅晶体，所述壳层的材料为二氧化硅。所述掺杂复合结构硅量子点的制备方法能够一步生成掺杂复合结构硅量子点，提高了生产效率，降低了生成成本。由于本发明制备方法条件易控，能够保证生成的掺杂复合结构硅量子点发光性能稳定，而且生成的掺杂复合结构硅量子点粒径小，颗粒均匀，且为核壳的复合结构。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，尤其涉及一种掺杂复合结构硅量子点及其制备方法和应用。

背景技术

量子点是一种优异的发光材料，在发光二极管、平板显示器、光纤通讯等领域有着广泛的应用前景；用于锂离子电池时能大幅提高负极的克容量，提高电池续航能力；基于硅量子点的硼浆可用来制造高效太阳能电池，促进光电平价上网。本发明属于新材料、新能源领域。

目前也有关于硅量子点的报道，如除革鑫新能源之外，生产纳米硅的公司还有日本帝人株式会社和苏州金瑞晨科技有限公司。前者用硅烷为原料，生产球形纳米硅，直径为20nm；后者用硅粉为原料，生产球形纳米硅，直径约为50nm。

但是在实际生产中发现，目前现有的硅纳米粒子合成技术存在许多需要改进的地方：

1、帝人的纳米硅合成技术以硅烷为原料，用高功率二氧化碳激光对硅烷进行裂解形成气态硅原子簇；金瑞晨的纳米硅合成技术以硅粉为原料，用高温等离子体对硅粉进行热蒸发形成气态硅原子簇；硅原子簇冷却生成纳米硅粒子。硅烷和硅粉是从石英砂生产出来的工业原料，价格比石英砂贵。

2、现有的纳米硅核壳结构的合成方法一般通过两步或多个步骤完成。通常先制备核然后制备壳。工序步骤较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种掺杂复合结构硅量子点及其制备方法，以解决现有掺杂复合结构硅量子点制备方法成本高，而且工艺复杂的技术问题。

为了实现本发明的发明目的，本发明的一方面，提供了一种掺杂复合结构硅量子点的制备方法。所述掺杂复合结构硅量子点的制备方法包括如下步骤：

将硅的无机氧化物粉体和硼粉体在含有还原性气体的环境中进行等离子处理，将部分所述硅的无机氧化物还原反应，然后冷却处理，生成掺杂复合结构硅量子点；其中，所述还原反应的产物含有单质硅。

本发明的另一方面，提供了一种掺杂复合结构硅量子点。所述掺杂复合结构硅量子点掺杂复合结构硅量子点由本发明制备方法制备获得，包括核体和包覆于所述核体的壳层，且所述核体的材料为掺硼硅晶体，所述壳层的材料为二氧化硅。

本发明的又一方面，提供了掺杂复合结构硅量子点的应用。所述掺杂复合结构硅量子点在制备硅量子点墨水、硅量子点硼浆、发光二极管、光纤通讯、半导体三极管、锂离子电池或太阳能电池中的应用。

与现有技术相比，本发明掺杂复合结构硅量子点的制备方法将硅的无机氧化物粉体和硼粉体一起直接在含有还原性气体的环境中进行等离子处理，后冷却直接以实现一步生成掺杂复合结构硅量子点，有效简化了掺杂复合结构硅量子点的制备方法，提高了生产效率，降低了生成成本。另外，由于本发明制备方法能一步生成掺杂复合结构硅量子点，条件易控，能够保证生成的掺杂复合结构硅量子点发光性能稳定，而且生成的掺杂复合结构硅量子点粒径小，颗粒均匀，且为核壳的复合结构。