[发明专利]一种太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于光转换材料领域，特别涉及一种太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料及其制备方法。

背景技术

随着能源问题的日益严峻以及科学技术的快速发展，太阳能电池作为一种新型的能源转换装置越来越多的引起人们的关注，将透过太阳能电池的长波太阳光充分转换为太阳能电池可以吸收利用的光是提高太阳能电池效率的有效办法，因此对调制太阳光光谱的上转换材料的研究也日益广泛。

半导体量子点具有发射光谱可调控，光稳定性较好，较宽的激发谱和较窄的发射谱等多重优异性能，是发光材料领域的热门研究对象，但其在上转换应用中由于量子点带隙间无介稳能级导致双光子吸收效率很低，从而限制了其发展和应用；大多数的上转换材料的研究都集中在稀土离子，因为稀土离子的f-f跃迁谱线丰富，数量众多的亚稳能级可作为光转换过程的中间态，更容易实现上转换转换过程，因而在光转换领域广泛使用。量子点CdSe是一种研究最多的高效率发光材料，但它双光子吸收效率低。而Yb³⁺由于其在红外光区具有简单的介稳能级结构且红外光吸收效率高，是一种常用的上转换敏化离子，在CdSe量子点中掺入Yb³⁺便可综合它们各自优势从而提高上转换效率。但由于Cd²⁺与Yb³⁺离子半径差异较大、电荷不匹配且在量子点溶液合成过程中它们的前驱体配合物分解温度差别较大，导致Yb³⁺很难掺入CdSe量子点或者少量掺入后缺陷过多使得发光效率很低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料。

本发明另一目的在于提供上述太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料的制备方法。该制备过程采用多步注射合成法，先通过多次快速注射法得到CdSe量子点，再通过离子交换法掺杂Yb³⁺离子，最后通过多次注射法在材料外表面均匀包覆CdSe层。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料，以CdSe量子点为基质，掺杂Yb³⁺为激活离子，化学式为CdSe:Yb³⁺。

所述的太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料的外表面包覆有一层CdSe壳层。

常温条件下，所述的太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料可在800～1100nm光激发下发射640nm橙色光。

一种上述的太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)镱溶液的制备：以水合乙酸镱，油酸和十八烯为原料在真空条件下加热搅拌，得镱溶液；

(2)Se粉的十八烯悬浊液的制备：将Se粉分散于十八烯中，得Se粉的十八烯悬浊液；

(3)Cd溶液的制备：将氧化镉(CdO)、硬脂酸以及十八烯在真空条件下加热搅拌，得Cd溶液；

(4)CdSe量子点的制备：取步骤(3)制备的Cd溶液，向其中分批加入Se粉的十八烯悬浊液反应，得CdSe量子点；

(5)太阳能电池光转换用稀土掺杂量子点材料的制备：向步骤(4)中制备得到的CdSe量子点中加入镱溶液进行离子交换反应，然后再分批加入Se粉的十八烯悬浊液反应，得目标产物。

步骤(1)中所用的油酸和十八烯的体积比为1:(9～11)；

步骤(1)中所得的镱溶液中Yb³⁺浓度为0.08～0.12mol/L。

步骤(1)中，所述的加热搅拌是指在140℃～160℃搅拌30min。

步骤(2)中所述的分散指超声分散。

步骤(2)中所述的Se粉为200目的Se粉。

步骤(2)中所得的Se粉的十八烯悬浮液的浓度为0.08～0.12mol/L。

步骤(3)中所用的氧化镉和硬脂酸的质量比为1:(1.0～1.2)。

步骤(3)中所得的Cd溶液中Cd²⁺浓度为0.04mol/L。

步骤(3)中所述的加热搅拌指在110～130℃搅拌30min。

步骤(4)中所用的Cd溶液与Se粉的十八烯悬浊液的体积比为(4.5～5.5):1。

步骤(4)中所述的分批加入Se粉的十八烯悬浊液反应是指分两次加入，每次加入后反应10min，反应温度为250℃，两次加入的Se粉的十八烯悬浊液的体积比为1:1。