一種銅鋅錫硫量子點(diǎn)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米新材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有良好光電性能、并且擁有合金結(jié)構(gòu)組成的低成本銅鋅錫硫量子點(diǎn)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]未來(lái)的電子材料不僅需要提供理想的光電性能，而且還要包含豐富且無(wú)毒的元素，雖然硅可以滿(mǎn)足這些要求，但是其具有明顯的局限性，所以需要在一些重要的應(yīng)用中使用其他材料，遺憾的是，目前比較有前景的材料，例如GaAs或者CdTe，都含有劇毒元素，不是適宜持續(xù)發(fā)展的材料，所以必須發(fā)展一種可持續(xù)使用的光電材料來(lái)解決這些問(wèn)題。
[0003]目前可值得開(kāi)發(fā)的其中一種是銅鋅錫硫量子點(diǎn)，這是有前途的用于太陽(yáng)能電池的新型半導(dǎo)體材料，它具有高的消光系數(shù)(約14 Cm 3和能帶寬度(約1.5 eV)，幾乎是最理想的光伏電池材料，事實(shí)上，銅鋅錫硫薄膜電池已經(jīng)具有接近8%的光電轉(zhuǎn)換效率。但是若想要取得更高的光電轉(zhuǎn)換效率，就要開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的具有納米結(jié)構(gòu)的銅鋅錫硫，比如說(shuō)半導(dǎo)體量子點(diǎn)，它是通過(guò)溶液凝膠法制備的，由于量子限域效應(yīng)，可以顯示出尺寸和組分依賴(lài)的光學(xué)性質(zhì)。在多層器件中包含不同尺寸的量子點(diǎn)能夠得到低成本的多結(jié)太陽(yáng)能電池。由于多激子效應(yīng)，量子點(diǎn)很有可能超過(guò)硅電池的31%的光電轉(zhuǎn)換效率，目前比較好的薄膜電池是用含鉛的化合物制成的，這并不滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展所需的無(wú)毒材料特點(diǎn)，而銅鋅錫硫量子點(diǎn)能夠解決量子點(diǎn)的毒性問(wèn)題，在這樣的背景下，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量銅鋅錫硫量子點(diǎn)的合成手段就極為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種銅鋅錫硫量子點(diǎn)及其制備方法，目的使所制備的銅鋅錫硫量子點(diǎn)性能優(yōu)良，粒徑均勻，分散性好，能夠在太陽(yáng)能電池，光催化等方面得到應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明取米的技術(shù)方案是，一種銅鋅錫硫量子點(diǎn)，每100暈升溶液中含有1-10克銅鋅錫硫量子點(diǎn)，所述的量子點(diǎn)粒徑在3-20納米范圍。
[0006]本發(fā)明一種銅鋅錫硫量子點(diǎn)的制備方法，包括下列步驟:
a.按原子個(gè)數(shù)計(jì)，將2-20份的銅鹽、1-10份的鋅鹽、1-10份的錫鹽、500-5000份的烷基硫醇、750-7500份的脂肪胺，在室溫下加入到三口燒瓶中，敞口體系中攪拌并直接升溫至180度反應(yīng)5分鐘;
b.將步驟a所得到的溶液冷卻至60度，加入5000份的量子點(diǎn)溶劑和5000份的量子點(diǎn)沉淀劑，得到渾濁溶液；
c.將步驟b的渾濁溶液，在離心機(jī)中離心10分鐘，在得到的沉淀中加入5000份的量子點(diǎn)溶劑，即得到分散在溶劑中的銅鋅錫硫量子點(diǎn)。
[0007]上述的銅鹽為硝酸銅，硫酸銅，羧酸銅，磷酸銅，鹵化銅，磺酸銅中的一種。在此沒(méi)有列出的但是具有本公開(kāi)所說(shuō)明的特性的銅鹽也被考慮在內(nèi)。
[0008]上述的鋅鹽為硝酸鋅，硫酸鋅，羧酸鋅，磷酸鋅，鹵化鋅，磺酸鋅中的一種。在此沒(méi)有列出的但是具有本公開(kāi)所說(shuō)明的特性的鋅鹽也被考慮在內(nèi)。
[0009]上述的錫鹽為硝酸錫，硫酸錫，羧酸錫，磷酸錫，鹵化錫，磺酸錫中的一種。在此沒(méi)有列出的但是具有本公開(kāi)所說(shuō)明的特性的錳鹽也被考慮在內(nèi)。
[0010]上述的烷基硫醇為辛硫醇，戊硫醇，十二硫醇，十四硫醇，十八硫醇，芐硫醇中的一種。在此沒(méi)有列出的但是具有本公開(kāi)所說(shuō)明的特性的銦鹽也被考慮在內(nèi)。
[0011]上述的脂肪胺包括己胺，庚胺，辛胺，壬胺，癸胺，十一胺，十二胺，十五胺，十六胺，十八胺，二十胺，己烯胺，庚烯胺，辛烯胺，壬烯胺，癸烯胺，i^一烯胺，十二烯胺，十五烯胺，十六烯胺，十八烯胺，二十烯胺。在此沒(méi)有列出的但是具有本公開(kāi)所說(shuō)明的特性的脂肪胺化合物也被考慮在內(nèi)。發(fā)明中的脂肪胺化合物含有上述的一種。
[0012]上述的量子點(diǎn)溶劑包括但不限于苯，甲苯，對(duì)二甲苯，己烷，環(huán)己烷，二氯甲烷，氯仿，四氯化碳等常見(jiàn)有機(jī)溶劑。
[0013]上述的量子點(diǎn)沉淀劑包括但不限于甲醇，乙醇，異丙醇，環(huán)己醇，丙酮，乙腈。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:產(chǎn)品不含鎘元素，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的無(wú)鎘化，安全環(huán)保，并能擁有優(yōu)異的性質(zhì)，有極大的工業(yè)發(fā)展前景。
[0015]本發(fā)明產(chǎn)品性能好，相對(duì)于其他種類(lèi)量子點(diǎn)，其光譜吸收范圍涵蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域及大部分近紅外區(qū)域，會(huì)為將來(lái)的太陽(yáng)能電池等應(yīng)用提供合適的優(yōu)質(zhì)材料，完全符合進(jìn)一步生產(chǎn)和應(yīng)用的需求。
[0016]本發(fā)明方法簡(jiǎn)潔獨(dú)特，操作性強(qiáng)，相對(duì)于以往熱注入法制備銅鋅錫硫量子點(diǎn)，本方法采用單鍋無(wú)注入法，即在室溫下將所有原料加入到反應(yīng)體系中，直接升到一定溫度反應(yīng)，得到性質(zhì)優(yōu)異的銅鋅錫硫量子點(diǎn)，該方法大大提高了可重復(fù)性和可升級(jí)性，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了安全可靠的途徑。
[0017]本發(fā)明無(wú)需惰性氣體保護(hù)，敞口體系中直接加熱至一定反應(yīng)溫度，5分鐘即可完成反應(yīng)，快速簡(jiǎn)便，顯著減少了勞動(dòng)成本，包括時(shí)間、人力和裝置等。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的紫外吸收曲線(xiàn)光譜圖，圖中顯示，該吸收光譜涵蓋連續(xù)無(wú)斷點(diǎn)，涵蓋整個(gè)可見(jiàn)光光譜和部分近紅外光譜；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的能譜圖，圖中清晰的標(biāo)明含有銅、鋅、錫、硫等主要兀素；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的透射電鏡圖，圖中顯示此方法合成出的銅鋅錫硫量子點(diǎn)具有統(tǒng)一的粒徑，分布均勻，顆粒清楚；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的紫外吸收曲線(xiàn)光譜圖，圖中顯示，該吸收光譜涵蓋連續(xù)無(wú)斷點(diǎn)，涵蓋整個(gè)可見(jiàn)光光譜和部分近紅外光譜。
[0019]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的能譜圖，圖中清晰的標(biāo)明含有銅、鋅、錫、硫等主要元素；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例2所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的透射電鏡圖，圖中顯示此方法合成出的銅鋅錫硫量子點(diǎn)具有統(tǒng)一的粒徑，分布均勻，顆粒清楚；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例3所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的紫外吸收光譜圖，圖中顯示，該吸收光譜涵蓋連續(xù)無(wú)斷點(diǎn)，涵蓋整個(gè)可見(jiàn)光光譜和部分近紅外光譜； 圖8為本發(fā)明實(shí)施例3所得的銅鋅錫硫量子點(diǎn)的透射電鏡圖，圖中