[发明专利]一种铅氧族化合物二聚体纳米晶、导电薄膜及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铅氧族化合物二聚体纳米晶、导电薄膜及制备方法和应用。利用铅试剂、有机酸和1‑十八烯制备铅前驱体；利用二(三甲基硅烷基)氧族化合物、1‑十八烯与得到的铅前驱体进行反应，对得到的溶液进行冷冻处理后，再通过后处理得到卤素掺杂的铅氧族化合物纳米晶。本发明提供的铅氧族化合物二聚体纳米晶在沉积薄膜过程中能使纳米晶的排列更加无序，避免晶界的形成，可以进一步避免后续配体交换过程中裂缝的形成。利用本发明提供的制备方法，可以大幅简化纳米晶太阳能电池器件的制备工艺。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种铅氧族化合物二聚体纳米晶、导电薄膜其制备方法与在制备太阳能电池中的用途。

背景技术

IV-VI族的PbX（X=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族纳米晶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。

目前PbX纳米晶太阳能电池制备中使用的纳米晶材料绝大多数都是基于经典的热注射法合成，该方法需使用长链的有机配体（油酸）来控制纳米晶的生长，但是长链的有机配体使得纳米晶之间相互绝缘，在制备光电器件过程中需要经过配体交换的步骤，将长链有机配体交换成短配体来增强纳米晶薄膜的导电性。该配体交换步骤是PbS纳米晶太阳能电池制备过程中极其重要的一个环节，根据配体交换的方式不同，可以分为以下两种：

(1) 固态配体交换：首先使用纳米晶溶液制备薄膜，然后浸入到含有短链配体的溶液中进行交换，该方法适用性广，是早期纳米晶太阳能电池应用最为广泛的方法。但是该方法中为保证配体充分交换和薄膜致密性，每一层薄膜的厚度会控制在几十纳米，且该过程通常需要重复10次左右才可以获得所需厚度的光伏活性层，制备流程异常繁琐。而且研究表明，固态交换存在交换不均匀的问题，经过多次的极性溶剂冲洗也会对纳米晶表面产生破坏作用，引入缺陷态。

(2) 溶液相配体交换：为避免固态配体交换的缺点，近期溶液相配体交换方法被广泛研究。在这种方法中，热注射法合成的PbX纳米晶分散在非极性溶剂中（正己烷或正辛烷）与卤化铅的二甲基甲酰胺溶液搅拌，在溶液相中完成配体交换，表面油酸被铅卤盐替换，然后分散在丁胺溶液中形成PbX纳米晶墨水，直接制备成导电薄膜。相比于固态交换，该方法简化了器件制备过程，并且避免了多次交换对纳米晶表面的破坏。但是该方法需要消耗大量昂贵的铅卤盐和毒性较大的溶剂，制备的纳米晶墨水稳定性很差，不利于大批量应用，仍有较大的局限性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铅氧族化合物二聚体纳米晶、导电薄膜及制备方法与应用，通过使用铅氧族化合物二聚体纳米晶的方式，使用固态配体交换可以实现一次性沉积不同厚度的纳米晶薄膜，并且保证没有裂缝。采用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。使用该方法可以有效解决传统固态配体交换繁琐和溶液相配体交换溶液不稳定的难题，有望为将来纳米晶太阳能电池批量化生产提供新的途径。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种铅氧族化合物二聚体纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

1）将铅试剂、有机酸和溶剂加入到反应容器中，铅试剂与有机酸的摩尔比为1:2.5～5；搅拌、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；

2）向反应容器中通入惰性气体，在温度为 60～180℃的条件下，将二(三甲基硅烷基)氧族化合物和作为溶剂的1-十八烯混合均匀后，快速转移至步骤1）得到的铅前驱体中，继续反应0.5～30分钟；

3）反应完毕后，将反应液降至室温并加入正己烷，对反应液进行冷冻处理，通过离心除去底部沉淀物；