一种Cd_xZn_1-xS@ZnSe量子点的制备及其在太阳能电池中的应用

一种Cd_xZn_1-xS@ZnSe量子点的制备及其在太阳能电池中的应用
【专利摘要】本发明涉及一种CdxZn1?xS@ZnSe量子点的制备及其在太阳能电池中的应用，采用溶剂热法的特点，结合溶剂热法中有机相合成特点，成功合成CdxZn1?xS@ZnSe量子点，通过改变反应物配比、反应温度、反应时间来调节量子点粒径，使半导体量子点导带价带更易于二氧化钛导带价带匹配形成阶梯结构促进电子空穴传输，减少电子—空穴对的复合，提高太阳能电池光电转换效率。本发明的优点是：本CdxZn1?xS@ZnSe量子点制备技术稳定，有机相合成量子产率高、荧光寿命长且化学稳定性高，所制备的太阳能电池易组装成本低且具有宽的吸收光谱和高的光电转换效率，具有比较高的开发价值。
【专利说明】
一种CdxZm-xS@ZnSe量子点的制备及其在太阳能电池中的应用
技术领域
[0001 ] 本发明涉及CdxZn1-xS@ZnSe量子点太阳能电池的制备方法，尤其涉及CdxZn1-XS@ZnSe量子点太阳能电池的制备及其应用。
【背景技术】
[0002]太阳能的开发利用对解决能源危机和发展低碳经济都具有极其重要的意义。其中，新一代太阳能电池一量子点敏化太阳能电池由于具备高理论转换效率和低生产成本，引起了科学界的广泛关注。考虑材料本身缺陷、能级匹配及制备工艺对太阳能电池性能的影响，设计了 CdxZm-xS@ZnSe量子点作为光电转换材料，利用合金宽吸收光谱，采用溶剂热合成技术，合成了可控粒径CdxZm-xS@ZnSe量子点材料并将其应用于太阳能电池中。量子点相较于体半导体材料易调控能级使得电子给体和受体之间能级匹配，大幅提高太阳能光电转换效率。CdxZm-xS@ZnSe量子点荧光寿命很长，因此十分有利于光生电子的快速分离以及传输，从而提尚太阳电池的光伏性能。
[0003]本发明分别采用溶剂热法中有机相合成的方法制备出不同发射波长的CdxZm-xS@ZnSe量子点，并将其应用于太阳能电池中。有机相中制备的量子点具有较高的荧光量子产率，较好的单分散性和稳定性，光学性能优异且粒径可控。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于提供CdxZm-xSOZnSe量子点太阳能电池的制备及其应用，CdxZm-xS@ZnSe量子点太阳能电池具有高光电转换效率、低成本和易组装等特点。
[0005]1、一种CdxZn1-xS@ZnSe量子点的制备方法，在有机相中合成，其特征步骤如下:
(1)以氧化镉、乙酸锌分别作为镉前驱体和锌前驱体，以砸粉溶于三丁基磷(TBP)制备的三丁基砸化磷作为砸前驱体，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作为硫源，以1-十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性CdxZm-xS@ZnSe量子点。乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散；
(2)镉源:锌源:硫源:砸源以1:10:2:4的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，加入三氯甲烷溶解再加过量乙醇沉淀，反复五次得到纯净的CdxZn1-xS@ZnSe量子点粉末；
(3)将纯净的稀土砸化物量子点粉末重新分散到三氯甲烷中；
(4)以多孔η型半导体T12纳米材料为光阳极，将提纯后的量子点和T12组装成电池；当太阳光照射光阳极时，附着在T12上的量子点的电子、空穴对发生分离，电子从价带跃迀至导带并注入T12的导带中经由FTO导电玻璃连接负载传递给铂金背电极，最后通过空穴传输层PESOT: PSS和电子复合形成电子-空穴对完成一个循环。
[0006]一种CdxZm-xS@ZnSe量子点太阳能电池的制备组装方法，其特征在于可通过如下步骤实现:
(I)将摩尔比为1:10的氧化镉和乙酸锌加入于含一定体积的油酸的三颈烧瓶中，脱气抽真空40分钟后，在Ar保护下将反应加热至150°C，注入1-十八烯，继续加热将温度升至300°C，快速注入含S粉的1-十八烯溶液，反应10分钟后，待温度升至310°C后缓慢滴入含Se的TBP溶液，反应30分钟后快速降至室温；
(2)所制备的CdxZm-xSOZnSe量子点通过过量的乙醇诱使量子点沉淀，12000rpm高速离心分离，分离后的量子点再次分散到三氯甲烷中得到；
(3)以多孔T12Sn型半导体，将T12旋涂到FTO导电玻璃导电层上形成一层薄膜，将其浸泡在所制备的CdxZm-xSOZnSe量子点中，浸泡完后往样品层上再旋涂一层空穴传递层PED0T:PSS;选用铂金电极作为对电极，以模拟太阳光源照射光阳极通过电化学工作站测量太阳能电池光电转换效率。
[0007]本发明的优点是:有机相中制备的量子点荧光量子产率高，单分散性和稳定性较好，光学性能优异且粒径可控。
【具体实施方式】
[0008]以下通过实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
[0009]本发明采用溶剂热法在有机相中合成CdxZm-xSOZnSe量子点，与二氧化钛组装成电池。
[0010]本发明CdxZm-xSOZnSe量子点合成具体步骤如下:
(1)将摩尔比为1:10的氧化镉和乙酸锌加入于含一定体积油酸的三颈烧瓶中，同时装置需搭载球形冷凝管，脱气抽真空40分钟，同时将2mmol的S粉倒入含有2ml 1-十八烯的单口烧瓶中，加热至100°C使S粉完全溶解；
(2)在氮气保护下将反应加热至150°C，注入1-十八烯，然后将装置再次抽成真空，然后打开三通阀往装置中充入高纯Ar，反复三次使得装置内和溶剂中完全无氧；
(3)继续加热将温度升至300°C，快速注入含S粉的1-十八烯溶液，反应10分钟后，待温度升至310°C后缓慢滴入含Se的TBP溶液，反应30分钟后快速降至室温。
[0011 ] 本发明CdxZm-xSOZnSe量子点分离提纯步骤如下:
(I)将制得的量子点移入烧杯中，缓慢持续加入乙醇，当看到有沉淀生成时继续加入乙醇直至沉淀不再生成;将得到含有沉淀的溶液移入50mL离心管中，12000rmp离心1min得到CdxZn1-xS@ZnSe量子点粉末。反复五次即可得纯净的CdxZm-xS@ZnSe量子点。
[0012](2)将得到的量子点重新分散在三氯甲烷中供组装电池使用。
[0013]本发明CdxZm-xS@ZnSe量子点太阳能电池组装步骤如下:
(I)取1.5*2.0cm2的FTO导电玻璃于丙酮、无水乙醇和水摩尔比为2: 2:1的溶液中超声清洗lOmin，随即用去离子水清洗掉有机溶剂，将洗净的导电玻璃烘干。
[0014](2)在导电玻璃导电层旋涂一层多孔T12膜，然后将含有T12膜的导电玻璃在盛有CdxZm-xSOZnSe溶液的称量瓶中浸泡24h使得量子点充分吸附在Ti O2分子上。
[0015](3)往吸附好量子点的的T12膜上旋涂一层PEDOT:PSS，用铂金电极夹在PEDOT:PSS上层组装成稀土砸化物量子点太阳能电池。
[0016]四、通过CdxZm-xS@ZnSe量子点合成、CdxZm-xS@ZnSe量子点分离提纯和CdxZm-XS@ZnSe太阳能电池组装三个步骤制备出低成本、半高峰宽大的CdxZm-xSOZnSe量子点，满足高效太阳能电池制备工艺的要求。
【主权项】
1.一种CdxZm-xSOZnSe量子点的制备方法，在有机相中合成，其特征步骤如下: (1)以氧化镉、乙酸锌分别作为镉前驱体和锌前驱体，以砸粉溶于三丁基磷制备的三丁基砸化磷作为砸前驱体，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作为硫源，以1-十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性CdxZm-xSOZnSe量子点；乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散； (2)镉源:锌源:硫源:砸源以1:10:2:4的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，加入三氯甲烷溶解再加过量乙醇沉淀，反复五次得到纯净的CdxZm-xS@ZnSe量子点粉末； (3)将纯净的稀土砸化物量子点粉末重新分散到三氯甲烷中； (4)以多孔η型半导体T12纳米材料为光阳极，将提纯后的量子点和T12组装成电池；当太阳光照射光阳极时，附着在T12上的量子点的电子、空穴对发生分离，电子从价带跃迀至导带并注入T12的导带中经由FTO导电玻璃连接负载传递给铂金背电极，最后通过空穴传输层PESOT: PSS和电子复合形成电子-空穴对完成一个循环。2.—种采用权利要求1所述的CdxZm-xS@ZnSe量子点太阳能电池的制备组装方法，其特征在于可通过如下步骤实现: (1)将摩尔比为1:10的氧化镉和乙酸锌加入于含一定体积的油酸的三颈烧瓶中，脱气抽真空40分钟后，在Ar保护下将反应加热至150°C，注入1-十八烯，继续加热将温度升至300°C，快速注入含S粉的1-十八烯溶液，反应10分钟后，待温度升至310°C后缓慢滴入含Se的TBP溶液，反应30分钟后快速降至室温； (2)所制备的CdxZm-xSOZnSe量子点通过过量的乙醇诱使量子点沉淀，12000rpm高速离心分离，分离后的量子点再次分散到三氯甲烷中得到； (3)以多孔T12Sn型半导体，将T12旋涂到FTO导电玻璃导电层上形成一层薄膜，将其浸泡在所制备的CdxZm-xSOZnSe量子点中，浸泡完后往样品层上再旋涂一层空穴传递层PED0T:PSS;选用铂金电极作为对电极，以模拟太阳光源照射光阳极通过电化学工作站测量太阳能电池光电转换效率。
【文档编号】C09K11/56GK105885848SQ201610320720
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】陈文勇, 李清华, 杨颖 , 麻晓媛
【申请人】南昌航空大学