S量子點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)陽(yáng)離子置換的方式在光陽(yáng)極上原位沉積Ag2S量子點(diǎn)方法，其應(yīng)用領(lǐng)域主要在光電化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于量子尺寸效應(yīng)與多激子效應(yīng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，以量子點(diǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池近年來(lái)得到了較大的關(guān)注。CdS/CdSe作為目前經(jīng)典高效的共敏化體系被廣泛研究，然而該體系的吸收長(zhǎng)波限約為700 nm，不能實(shí)現(xiàn)大部分紅光及近紅外波段光的吸收與轉(zhuǎn)換，以至于約40%的太陽(yáng)光未被利用。為實(shí)現(xiàn)敏化劑吸收限紅移，使得敏化劑帶隙與太陽(yáng)光能譜更好的匹配，CuInS2、PbS、CdTe、Ag2S量子點(diǎn)被用來(lái)作為高效光敏化劑。
[0003]Ag2S是帶隙寬度為1.1 eV的直接帶隙半導(dǎo)體，其光學(xué)帶隙在光伏器件最佳帶隙(1.0-1.5 eV)范圍內(nèi)，可將光譜響應(yīng)范圍拓寬至1100 nm波段的近紅外區(qū)。相對(duì)于CuInS2這種三元化合物無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)，Ag2S作為一種二元化合物更容易制備，并且其制備所需的原料也更加便宜。相對(duì)于PbS、CdTe量子點(diǎn)，Ag2S對(duì)環(huán)境更為友好。PbS的帶隙為0.37 eV,導(dǎo)帶底位置相對(duì)較低，為了獲得與基體材料能帶及太陽(yáng)光能譜匹配性好的PbS量子點(diǎn)，要求其粒徑比其它量子點(diǎn)更小，這為PbS量子點(diǎn)的制備增加了困難。CdTe量子點(diǎn)除了 Cd對(duì)環(huán)節(jié)污染外，Te是稀有元素，制備過(guò)程中Te源昂貴且不穩(wěn)定，這也大大限制了 CdTe量子點(diǎn)的使用。所以Ag2S量子點(diǎn)在光電化學(xué)器件中有著巨大的應(yīng)用潛力。
[0004]目前制備Ag2S量子點(diǎn)的方法主要有非原位合成法、光沉積法和連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法。非原位法通常是是先合成膠體量子點(diǎn)，然后通過(guò)非原位的方式(如直接吸附或連接劑輔助吸附)，將量子點(diǎn)沉積到寬帶隙半導(dǎo)體材料(光陽(yáng)極基體材料)上。直接吸附時(shí)量子點(diǎn)的表面包有一層長(zhǎng)鏈的有機(jī)分子，這種依靠長(zhǎng)鏈分子直接吸附的方式使得量子點(diǎn)覆蓋率降低，并且這些長(zhǎng)鏈分子會(huì)降低量子點(diǎn)與半導(dǎo)體光陽(yáng)極之間的電荷轉(zhuǎn)移率，進(jìn)而降低光電轉(zhuǎn)化效率。輔助吸附時(shí)量子點(diǎn)表面通常被水溶性雙官能團(tuán)分子包覆，它們可作為連接劑分子吸附到半導(dǎo)體光陽(yáng)極的表面，但是連接劑分子不僅影響量子點(diǎn)的負(fù)載量，還會(huì)影響電荷的傳輸、分離與復(fù)合，從而降低光電轉(zhuǎn)換效率。光沉積法的主要步驟是將光陽(yáng)極浸入Ag+源溶液中，并用高強(qiáng)度汞燈照射一定時(shí)間后取出清洗并烘干，再將光陽(yáng)極浸入S2—源溶液中在加熱條件下保溫?cái)?shù)小時(shí)制得Ag2S量子點(diǎn)。此制備過(guò)程繁瑣，制備條件不易控制，制備時(shí)間長(zhǎng)，不利于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法沉積Ag2S時(shí)，Ag2S量子點(diǎn)在光陽(yáng)極表面不易吸附，且隨著沉積次數(shù)的增加，不可避免的會(huì)在溶液中生成沉淀，使得前驅(qū)體溶液無(wú)法再使用，造成源溶液的大量浪費(fèi)。銀本身屬于貴金屬，不利于生產(chǎn)成本的降低。針對(duì)此種情況，我們先在光陽(yáng)極上引入一種相對(duì)易于吸附、原材料來(lái)源廣、價(jià)格便宜的金屬硫化物量子點(diǎn)，再將金屬離子置換成Ag+，從而在光陽(yáng)極材料上原位生長(zhǎng)Ag2S量子點(diǎn)。此方法操作簡(jiǎn)便，成本低廉，重復(fù)性好，便于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種在光陽(yáng)極材料上原位生長(zhǎng)Ag2S量子點(diǎn)的方法，并將其應(yīng)用到了光電化學(xué)器件。此方法操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，不需要鏈接劑輔助，減少了 Ag源溶液的浪費(fèi)。
[0006]本發(fā)明目的在于提供一種在光陽(yáng)極材料上原位沉積Ag2S量子點(diǎn)的方法，通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn):
1.光陽(yáng)極材料如Sn02多孔薄膜，ZnO納米柱陣列，Ti02納米柱陣列的制備
2.量子點(diǎn)的合成
1)在光陽(yáng)極材料上生長(zhǎng)金屬硫化物量子點(diǎn)；
2)配備濃度為0.0I?0.1M含有Ag+的可溶性鹽溶液；
3)將步驟I)得到的光陽(yáng)極浸入步驟2)制備的鹽溶液中5?lOmin，取出用相應(yīng)的溶劑清洗干凈，并烘干。則在光陽(yáng)極材料上形成Ag2S量子點(diǎn)敏化劑層。
[0007]【具體實(shí)施方式】:
以下實(shí)施旨在說(shuō)明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。
[0008]實(shí)施例1:
1)在SnO2多孔薄膜光陽(yáng)極材料上生長(zhǎng)CdS量子點(diǎn)；
2)配備濃度為0.1M的AgNO3水溶液；
3)將步驟I)得到的光陽(yáng)極材料浸入步驟2)所配備的AgNO3水溶液中浸泡2分鐘，取出后用去離子水清洗并烘干，最后在光陽(yáng)極材料SnO2多孔薄膜上形成Ag2S量子點(diǎn)敏化劑層。
[0009]實(shí)施例2:
1)在T12納米柱陣列光陽(yáng)極材料上生長(zhǎng)ZnS量子點(diǎn)；
2)配備濃度為0.1M的AgNO3水溶液；
3)將步驟I)得到的光陽(yáng)極材料浸入步驟2)所配備的AgNO3水溶液中浸泡5分鐘，然后取出用去離子水清洗并烘干，最后在光陽(yáng)極材料T12納米柱陣列上形成Ag2S量子點(diǎn)敏化劑層。
[0010]實(shí)施例3:
1)在ZnO納米柱陣列光陽(yáng)極材料上生長(zhǎng)ZnS量子點(diǎn)；
2)配備濃度為0.1M的AgNO3水溶液；
3)將步驟I)得到的光陽(yáng)極材料浸入步驟2)所配備的AgNO3水溶液中浸泡10分鐘，然后取出用去離子水清洗并烘干，最后在光陽(yáng)極材料ZnO納米柱陣列上形成Ag2S量子點(diǎn)敏化劑層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效制備Ag2S量子點(diǎn)到光陽(yáng)極上的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)在光陽(yáng)極材料上生長(zhǎng)金屬硫化物量子點(diǎn)； (2)將可溶性銀鹽溶解于液體介質(zhì)中，配制出含Ag+源溶液； (3)將(I)中制備的光陽(yáng)極浸入上面所述Ag+溶液中，一段時(shí)間后取出沖洗、烘干。2.權(quán)利要求1中光陽(yáng)極材料包括納米柱陣列(ZnO納米柱陣列、SnO2納米柱陣列、T12納米柱陣列等)以及多孔薄膜(Sn02、Ti02、Zn0等)。3.權(quán)利要求1中金屬硫化物量子點(diǎn)包括ZnS、CdS、SnS，其中優(yōu)選為ZnS。4.權(quán)利要求1中所選的Ag+源選自硝酸銀。5.權(quán)利要求1中所選的液體介質(zhì)為水。6.權(quán)利要求1中Ag+濃度為0.01?lmol/L。7.權(quán)利要求1中浸泡的時(shí)間為2?IOmin。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)陽(yáng)離子交換的方式在光陽(yáng)極上原位沉積Ag2S量子點(diǎn)的方法，具體實(shí)施步驟如下：？1）配備一定濃度含有Ag+的可溶性鹽溶液；2）將長(zhǎng)有金屬硫化物量子點(diǎn)的光陽(yáng)極浸入含有Ag+的鹽溶液中一定時(shí)間，置換金屬陽(yáng)離子得到Ag2S量子點(diǎn)敏化的光陽(yáng)極。該光陽(yáng)極可應(yīng)用于光電化學(xué)器件中。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該方法操作安全簡(jiǎn)便，節(jié)省原料，降低成本，易于產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。
【IPC分類】B82Y30/00, B82Y40/00, H01L31/0224
【公開(kāi)號(hào)】CN105655414
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王金斌, 吳月仙, 鐘向麗, 田自然
【申請(qǐng)人】湘潭大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日