一種CdxZn1-xS@ZnSe量子點的制備及其在太陽能電池中的應用制造技術

本發明專利技術涉及一種CdxZn1?xS@ZnSe量子點的制備及其在太陽能電池中的應用，采用溶劑熱法的特點，結合溶劑熱法中有機相合成特點，成功合成CdxZn1?xS@ZnSe量子點，通過改變反應物配比、反應溫度、反應時間來調節量子點粒徑，使半導體量子點導帶價帶更易于二氧化鈦導帶價帶匹配形成階梯結構促進電子空穴傳輸，減少電子—空穴對的復合，提高太陽能電池光電轉換效率。本發明專利技術的優點是：本CdxZn1?xS@ZnSe量子點制備技術穩定，有機相合成量子產率高、熒光壽命長且化學穩定性高，所制備的太陽能電池易組裝成本低且具有寬的吸收光譜和高的光電轉換效率，具有比較高的開發價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及CdxZn1-xS@ZnSe量子點太陽能電池的制備方法，尤其涉及CdxZn1-xS@ZnSe量子點太陽能電池的制備及其應用。
技術介紹
太陽能的開發利用對解決能源危機和發展低碳經濟都具有極其重要的意義。其中，新一代太陽能電池—量子點敏化太陽能電池由于具備高理論轉換效率和低生產成本，引起了科學界的廣泛關注。考慮材料本身缺陷、能級匹配及制備工藝對太陽能電池性能的影響，設計了CdxZn1-xS@ZnSe量子點作為光電轉換材料，利用合金寬吸收光譜，采用溶劑熱合成技術，合成了可控粒徑CdxZn1-xS@ZnSe量子點材料并將其應用于太陽能電池中。量子點相較于體半導體材料易調控能級使得電子給體和受體之間能級匹配，大幅提高太陽能光電轉換效率。CdxZn1-xS@ZnSe量子點熒光壽命很長，因此十分有利于光生電子的快速分離以及傳輸，從而提高太陽電池的光伏性能。本專利技術分別采用溶劑熱法中有機相合成的方法制備出不同發射波長的CdxZn1-xS@ZnSe量子點，并將其應用于太陽能電池中。有機相中制備的量子點具有較高的熒光量子產率，較好的單分散性和穩定性，光學性能優異且粒徑可控。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供CdxZn1-xS@ZnSe量子點太陽能電池的制備及其應用，CdxZn1-xS@ZnSe量子點太陽能電池具有高光電轉換效率、低成本和易組裝等特點。1、一種CdxZn1-xS@ZnSe量子點的制備方法，在有機相中合成，其特征步驟如下：（1）以氧化鎘、乙酸鋅分別作為鎘前驅體和鋅前驅體，以硒粉溶于三丁基磷（TBP）制備的三丁基硒化磷作為硒前驅體，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作為硫源，以1-十八烯為溶劑，油酸作為反應配體制得油溶性CdxZn1-xS@ZnSe量子點。乙醇促使量子點沉淀，離心分離提純，三氯甲烷溶解分散；（2）鎘源：鋅源：硫源：硒源以1:10:2:4的摩爾比反應制得量子點，此時量子點含有未反應的有機雜質，加入過量乙醇促使量子點沉淀離心分離得固體粉末，加入三氯甲烷溶解再加過量乙醇沉淀，反復五次得到純凈的CdxZn1-xS@ZnSe量子點粉末；（3）將純凈的稀土硒化物量子點粉末重新分散到三氯甲烷中；（4）以多孔n型半導體TiO2納米材料為光陽極，將提純后的量子點和TiO2組裝成電池；當太陽光照射光陽極時，附著在TiO2上的量子點的電子、空穴對發生分離，電子從價帶躍遷至導帶并注入TiO2的導帶中經由FTO導電玻璃連接負載傳遞給鉑金背電極，最后通過空穴傳輸層PESOT:PSS和電子復合形成電子-空穴對完成一個循環。一種CdxZn1-xS@ZnSe量子點太陽能電池的制備組裝方法，其特征在于可通過如下步驟實現：（1）將摩爾比為1:10的氧化鎘和乙酸鋅加入于含一定體積的油酸的三頸燒瓶中，脫氣抽真空40分鐘后，在Ar保護下將反應加熱至150℃，注入1-十八烯，繼續加熱將溫度升至300℃，快速注入含S粉的1-十八烯溶液，反應10分鐘后，待溫度升至310℃后緩慢滴入含Se的TBP溶液，反應30分鐘后快速降至室溫；（2）所制備的CdxZn1-xS@ZnSe量子點通過過量的乙醇誘使量子點沉淀，12000rpm高速離心分離，分離后的量子點再次分散到三氯甲烷中得到；（3）以多孔TiO2為n型半導體，將TiO2旋涂到FTO導電玻璃導電層上形成一層薄膜，將其浸泡在所制備的CdxZn1-xS@ZnSe量子點中，浸泡完后往樣品層上再旋涂一層空穴傳遞層PEDOT:PSS；選用鉑金電極作為對電極，以模擬太陽光源照射光陽極通過電化學工作站測量太陽能電池光電轉換效率。本專利技術的優點是：有機相中制備的量子點熒光量子產率高，單分散性和穩定性較好，光學性能優異且粒徑可控。具體實施方式以下通過實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本專利技術，凡是采用本專利技術的相似結構及其相似變化，均應列入本專利技術的保護范圍。本專利技術采用溶劑熱法在有機相中合成CdxZn1-xS@ZnSe量子點，與二氧化鈦組裝成電池。本專利技術CdxZn1-xS@ZnSe量子點合成具體步驟如下：（1）將摩爾比為1:10的氧化鎘和乙酸鋅加入于含一定體積油酸的三頸燒瓶中，同時裝置需搭載球形冷凝管，脫氣抽真空40分鐘，同時將2mmol的S粉倒入含有2ml 1-十八烯的單口燒瓶中，加熱至100℃使S粉完全溶解；（2）在氮氣保護下將反應加熱至150℃，注入1-十八烯，然后將裝置再次抽成真空，然后打開三通閥往裝置中充入高純Ar，反復三次使得裝置內和溶劑中完全無氧；（3）繼續加熱將溫度升至300℃，快速注入含S粉的1-十八烯溶液，反應10分鐘后，待溫度升至310℃后緩慢滴入含Se的TBP溶液，反應30分鐘后快速降至室溫。本專利技術CdxZn1-xS@ZnSe量子點分離提純步驟如下：（1）將制得的量子點移入燒杯中，緩慢持續加入乙醇，當看到有沉淀生成時繼續加入乙醇直至沉淀不再生成；將得到含有沉淀的溶液移入50mL離心管中，12000rmp離心10min得到CdxZn1-xS@ZnSe量子點粉末。反復五次即可得純凈的CdxZn1-xS@ZnSe量子點。（2）將得到的量子點重新分散在三氯甲烷中供組裝電池使用。本專利技術CdxZn1-xS@ZnSe量子點太陽能電池組裝步驟如下：（1）取1.5*2.0cm2的FTO導電玻璃于丙酮、無水乙醇和水摩爾比為2:2:1的溶液中超聲清洗10min，隨即用去離子水清洗掉有機溶劑，將洗凈的導電玻璃烘干。（2）在導電玻璃導電層旋涂一層多孔TiO2膜，然后將含有TiO2膜的導電玻璃在盛有CdxZn1-xS@ZnSe溶液的稱量瓶中浸泡24h使得量子點充分吸附在TiO2分子上。（3）往吸附好量子點的的TiO2膜上旋涂一層PEDOT:PSS，用鉑金電極夾在PEDOT:PSS上層組裝成稀土硒化物量子點太陽能電池。四、通過CdxZn1-xS@ZnSe量子點合成、CdxZn1-xS@ZnSe量子點分離提純和CdxZn1-xS@ZnSe太陽能電池組裝三個步驟制備出低成本、半高峰寬大的CdxZn1-xS@ZnSe量子點，滿足高效太陽能電池制備工藝的要求。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種CdxZn1?xS@ZnSe量子點的制備方法，在有機相中合成，其特征步驟如下：（1）以氧化鎘、乙酸鋅分別作為鎘前驅體和鋅前驅體，以硒粉溶于三丁基磷制備的三丁基硒化磷作為硒前驅體，以硫粉溶于1?十八烯的溶液作為硫源，以1?十八烯為溶劑，油酸作為反應配體制得油溶性CdxZn1?xS@ZnSe量子點；乙醇促使量子點沉淀，離心分離提純，三氯甲烷溶解分散；（2）鎘源：鋅源：硫源：硒源以1:10:2:4的摩爾比反應制得量子點，此時量子點含有未反應的有機雜質，加入過量乙醇促使量子點沉淀離心分離得固體粉末，加入三氯甲烷溶解再加過量乙醇沉淀，反復五次得到純凈的CdxZn1?xS@ZnSe量子點粉末；（3）將純凈的稀土硒化物量子點粉末重新分散到三氯甲烷中；（4）以多孔n型半導體TiO2納米材料為光陽極，將提純后的量子點和TiO2組裝成電池；當太陽光照射光陽極時，附著在TiO2上的量子點的電子、空穴對發生分離，電子從價帶躍遷至導帶并注入TiO2的導帶中經由FTO導電玻璃連接負載傳遞給鉑金背電極，最后通過空穴傳輸層PESOT:PSS和電子復合形成電子?空穴對完成一個循環。

【技術特征摘要】
1.一種CdxZn1-xS@ZnSe量子點的制備方法，在有機相中合成，其特征步驟如下：（1）以氧化鎘、乙酸鋅分別作為鎘前驅體和鋅前驅體，以硒粉溶于三丁基磷制備的三丁基硒化磷作為硒前驅體，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作為硫源，以1-十八烯為溶劑，油酸作為反應配體制得油溶性CdxZn1-xS@ZnSe量子點；乙醇促使量子點沉淀，離心分離提純，三氯甲烷溶解分散；（2）鎘源：鋅源：硫源：硒源以1:10:2:4的摩爾比反應制得量子點，此時量子點含有未反應的有機雜質，加入過量乙醇促使量子點沉淀離心分離得固體粉末，加入三氯甲烷溶解再加過量乙醇沉淀，反復五次得到純凈的CdxZn1-xS@ZnSe量子點粉末；（3）將純凈的稀土硒化物量子點粉末重新分散到三氯甲烷中；（4）以多孔n型半導體TiO2納米材料為光陽極，將提純后的量子點和TiO2組裝成電池；當太陽光照射光陽極時，附著在TiO2上的量子點的電子、空穴對發生分離，電子從價帶躍遷至導帶并注入TiO2的導帶中經由FTO導電玻璃連接負載傳遞給鉑金背電極，最后通過空穴傳輸層P...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳文勇，李清華，楊穎，麻曉媛，
申請(專利權)人：南昌航空大學，
類型：發明
國別省市：江西;36