[发明专利]一种铜铟硫硒量子点的制备方法

说明书

本发明提供了一种铜铟硫硒量子点的制备方法，以二乙基二硫代氨基甲酸铜为铜源，以二乙基二硫代氨基甲酸铟为铟源，以油胺为配体和溶剂，通过两步反应制得CuInS_xSe_2‑x量子点。由本发明方法制得的CuInS_xSe_2‑x量子点的尺寸为4～6nm，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。本发明方法中，可以通过改变硒源的量改变量子点中硒硫比，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，具体涉及一种铜铟硫硒(CuInS_xSe_2-x)量子点的制备方法。

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。

CuInS₂、CuInSe₂为Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ三元直接窄带隙半导体材料，禁带宽度分别为1.5eV和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。当材料的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CuInS₂/CuInSe₂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。再如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，就可以的到CuInSe₂量子点。再如2016年ZhuJun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，且需要用氮气保护。这样的制备方法，所需原料种类多，操作繁琐。因此，发展一种简单、方便的制备方法具有重要意义。

发明内容