[发明专利]用于制备尺寸可调的铅硫族量子点的直接合成方法及其应用

说明书

本发明涉及一种用于制备尺寸可调的铅硫族量子点的直接合成方法及其应用。将铅卤化物，硫族前驱体和溶剂混合，完全溶解后得到前驱体溶液；加入丁胺，在温度为0℃～100℃的条件下持续反应后，加入非极性溶剂沉淀，再经离心弃去上层液及真空抽干，得到铅硫族量子点，应用于太阳能电池。本发明通过调节铅、硫族前驱体的浓度和不同溶剂，在丁胺的作用下，一步直接合成尺寸可调的铅硫族量子点，解决了量子点墨水直接合成尺寸不可调的局限性，可以获得更大尺寸调控范围的量子点，并且合成大尺寸量子点在太阳能电池中实现了初步的应用。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种直接合成尺寸可调的PbS量子点及其大尺寸量子点在太阳能电池中的应用。

背景技术

Ⅳ-Ⅵ族的PbX(X=S,Se,Te)具有很大的波尔半径，这使得它们的量子限域效应特别显著，通过尺寸调节，可以大幅度调节量子点材料的带隙，并且使其吸收光谱与到达地球表面的太阳能光谱很好得匹配，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研究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。

目前铅硫族量子点需要使用长链有机物作为配体来控制其尺寸、形状等，这些长链有机物配体在后续制备器件时需要进行繁琐的配体交换来去除，从而使其薄膜能够进行电荷传输。现有技术中，公开了一种室温合成PbS量子点，可以直接用于太阳能电池的制备（参见文献：Nat Commun 2019 10, 5136），采用N,N-二甲基甲酰胺体系、碘化铅与N,N-二苯基硫脲的摩尔比为6:1，反应温度为25℃～100℃的合成条件得到的PbS量子点的紫外-可见吸收光谱图参见附图1，由图1可见其量子点的尺寸调节范围比较窄，通过传统的有机相调节尺寸的方法对尺寸调节影响不大，这极大地限制了铅硫族量子点在近红外和中红外光电器件中的应用。而且PbX量子点是唯一一种能吸收1100nm以后的溶液法光伏材料，同时在光电探测器的应用也具有很大的价值。而尺寸调节的限制也严重阻碍了量子点器件产业化的前进道路。因此，亟需开发一种简单有效的尺寸可调的合成方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种尺寸可调的PbX量子点墨水的直接合成方法，并将大尺寸量子点应用在太阳能电池中，得到性能更优的器件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供两种用于制备尺寸可调的铅硫族量子点的直接合成方法，其方法一包括以下步骤：

（1）将铅卤化物，硫族前驱体和溶剂混合，在室温下搅拌，直至铅卤化物，硫族前驱体完全溶解，反应液为澄清透明状，得到前驱体溶液；所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或它们的混合溶剂，或N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜与γ-丁内酯的任意组合的混合溶剂；所述铅卤化物的物质的量为0.006M～0.6M；铅卤化物，硫族前驱体按物质的量的比例为2:1～6:1；

（2）将丁胺加入到步骤（1）得到的前驱体溶液中，丁胺与溶剂的体积比为1：9～10，在温度为0℃～100℃的条件下持续反应后，再加入非极性溶剂沉淀，经离心弃去上层液及真空抽干后处理，得到铅硫族量子点。

本发明技术方案提供用于制备尺寸可调的铅硫族量子点的直接合成方法，其方法二包括以下步骤：

（1）将适量的铅卤化物，硫族前驱体和溶剂混合，在室温下搅拌，直至铅卤化物，硫族前驱体完全溶解，反应液为澄清透明状，得到前驱体溶液；所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或它们的混合溶剂，或N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜与γ-丁内酯的任意组合的混合溶剂；