[发明专利]一种卤素掺杂的铅氧族化合物纳米晶及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种卤素掺杂的铅氧族化合物纳米晶，其制备方法，及其在制备太阳能电池中的用途。

背景技术

IV-VI族的PbY（Y=硫、硒、碲）具有很大的波尔半径，使其量子限域效应特别显著。通过尺寸调节，可以大幅度调节纳米晶材料的带隙，并且可以使其吸收光谱与到达地球表面的太阳能光谱很好地匹配，同时具有吸收系数大、电子迁移率高、能级可调等性质，使得IV-VI族量子点成为现阶段最为热门的光伏纳米材料，有望成为新一代溶液制程的低成本、高效率的太阳能电池。

然而，由于基于PbY纳米晶的薄膜的激子扩散半径很小，大大限制了活性层的厚度，因此导致对太阳光的吸收不够充分。解决该问题的一个可行的方法就是构建基于全纳米晶的p-n结或p-i-n结太阳能电池。通过化学方法合成出p型和n型的PbY纳米晶，再构筑p-n结。这相对于传统的肖特基结以及使用TiO₂或ZnO构筑的异质结，可以提供更强的内建电场，也是目前太阳能电池使用的经典结构。

如何通过化学方法合成掺杂浓度可控的纳米晶材料是获得p-n结纳米晶太阳能电池的关键。对于研究最多的PbS纳米晶而言，表面的氧化作用使得采用传统方法合成的纳米晶大都表现为p型，罕有n型PbY纳米晶报道。因此，合成高质量的n型PbY纳米晶是获得高效率纳米晶太阳能电池研发过程中的重要一环。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种通过卤素掺杂的方式制备n型铅氧族化合物纳米晶的方法，并研究通过该方法制备的纳米晶在太阳能电池中的器件性能，进而用于制备相应的太阳能电池。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种卤素掺杂的铅氧族化合物纳米晶的制备方法，其包括以下步骤：

1）将铅试剂、油酸和作为溶剂的1-十八烯加入到反应容器中，在100~110℃下搅拌并抽真空1~2小时，直至铅试剂完全溶解，反应液无气泡且为澄清透明状，得到铅前驱体，其中所述铅试剂和油酸的摩尔比为1:2.5~5；

2）向反应容器中通入惰性气体，并调节至60~180℃的设定温度，将三甲基硅烷基卤族化合物（TMSX）、二(三甲基硅烷基)氧族化合物（(TMS)₂Y）和作为溶剂的1-十八烯混合均匀后，快速转移至步骤1）中得到的铅前驱体中，并继续反应0.5~30分钟，其中所述三甲基硅烷基卤族化合物、二(三甲基硅烷基)氧族化合物和铅试剂的摩尔比为0.05~1.6:1:2~3；

3）反应完毕后，将反应液降至室温并加入正己烷，分别通过异丙醇和丙酮沉淀、离心弃去上层液及真空抽干的后处理，得到卤素掺杂的铅氧族化合物纳米晶。

优选的，步骤1）中所述铅试剂选自氧化铅、醋酸铅、氯化铅、溴化铅、碘化铅中的任意一种，优选氧化铅。

优选的，步骤1）中所述铅试剂和油酸的摩尔比为1:2.5。

优选的，步骤2）中所述惰性气体选自氮气、氦气、氖气中的任意一种，优选氮气。

优选的，步骤2）中所述三甲基硅烷基卤族化合物选自三甲基氯硅烷（TMSCl）、三甲基溴硅烷（TMSBr）、三甲基碘硅烷（TMSI）中的任意一种，优选三甲基溴硅烷。

优选的，步骤2）中所述二(三甲基硅烷基)氧族化合物选自二(三甲基硅烷基)硫化物（(TMS)₂S）、二(三甲基硅烷基)硒化物（(TMS)₂Se）中的任意一种，优选二(三甲基硅烷基)硫化物。

优选的，步骤2）中所述三甲基硅烷基卤族化合物、二(三甲基硅烷基)氧族化合物和铅试剂的摩尔比为0.05~1.6:1:2。

一种卤素掺杂的铅氧族化合物纳米晶，其通过上述制备方法制备，可溶解于正己烷、氯仿、甲苯等溶剂。

上述卤素掺杂的铅氧族化合物纳米晶在制备太阳能电池中的用途。

与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有下列优点：

1）本发明的制备方法中使用了含卤族元素的前驱体（TMSX），其不但兼容溶剂制程，而且与含氧族元素的前驱体（(TMS)₂Y）之间具有良好的相容性，几乎可以与(TMS)₂Y以任意比例互溶，并且与铅前驱体之间的反应活性相当，有利于得到掺杂均匀的纳米晶材料；

2）本发明的制备方法简单、易行，只需要在PbY纳米晶合成步骤中将含卤族元素的前驱体（TMSX）与PbY中的阴离子前驱体（(TMS)₂Y）混合即可；