锌掺杂Ag-In-S量子点发光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种锌掺杂Ag

【技术实现步骤摘要】
锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及发光材料
，具体涉及一种锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于具有高吸收系数、带隙可调性和高荧光量子产率等独特的光物理性质，量子点(quantum dots，QDs)作为光电领域的一种新兴材料受到了高度关注，并已被广泛应用于发光二极管、光催化、生物成像和太阳能电池等领域。量子点可作为液接敏化太阳能电池(liquid junction sensitized solar cells，QDSCs)的优秀光吸收剂，这是因为其内置偶极矩有利于载流子分离和多激子产生，可极大的提高功率转换效率(power conversion efficiencies，PCE)，提升太阳能电池的光电性能。
[0003]目前研究最多的具有较高荧光量子产率的量子点主要为重金属二元量子点，例如CdSe、PbS和CdTe，但是这些量子点通常包含剧毒元素(如镉或铅)，使其大量制备和使用不仅对人体有很大的危害，还会引起生态和环境等问题。相比于二元量子点，三元量子点具有更宽的可调带隙、更大的斯托克斯位移等优异性能，因此迫切需要研发出具有较高荧光量子产率的低毒性三元量子点，例如AgInS2(AIS)、CuInS2(CIS)或核/壳AIS/ZnS和CIS/ZnS量子点。以上核/壳结构量子点通过引入宽带隙材料ZnS，利用ZnS过度生长形成准I型核/壳结构消除表面缺陷，由此对AIS(CIS)敏化QDSCs性能进行了重大改进，使其功率转换效率与重金属二元量子点相当甚至更好，但是该核/壳结构外壳同时也会阻碍电子从量子点注入金属氧化物基质(TiO2)，限制了QDSCs的光伏性能提升。
[0004]已经公开的Zn掺杂Ag
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In
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S量子点制备步骤较繁琐，且未详细进行太阳能电池领域的分析研究，这些缺点和不足限制了量子点发光材料的发展及其在太阳能电池领域的应用。本专利技术提出了新的化学计量比和Zn掺杂浓度计算公式，采用的一步热注入法步骤更为简单、合成周期更短，制备得到的量子点性能优良。此外本专利技术还从荧光量子产率、带隙值、PL强度和微观形貌等角度，详细分析了目标产物在量子点敏化太阳能电池领域的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料，通过热注入法将Zn
2+
扩散掺杂到形成四元量子点的缺陷部位，由此得到的量子点发光材料不含汞、铅和镉等重金属有毒元素，从可见光到近红外光区域均具有高发光度，并且功率转换效率较高，在量子点敏化太阳能电池领域有较好的应用前景。
[0006]一种锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料(记作AISZ(x))，该材料中Ag、In、S三种元素的化学计量比为1:3:4，Zn
2+
的掺杂量取值范围为5％
‑
30％，优选为20％。考虑到Zn在Ag、In位点均有掺杂，设置掺杂量x的计算公式为：x＝Zn元素的摩尔量/(Ag+In元素的摩尔总量)。掺杂的Zn
2+
离子占据AIS量子点内部原子空位或者替换量子点中的原始离子，并没有形成多
余的外壳。
[0007]进一步的，该量子点发光材料为颗粒状固体，颗粒粒径分布在2
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8nm区间范围内，平均粒径为(5.0
±
0.5)nm。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种上述锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)按照化学计量比，将银源、铟源、锌源与复合表面活性剂混合均匀备用；(b)将硫粉与油胺混合均匀，得到硫前驱体溶液；(c)保护气氛下，将步骤(b)中的硫前驱体溶液注入步骤(a)所得混合物中反应，固液分离即可。
[0009]进一步的，所述银源具体为乙酸银，所述铟源具体为乙酸铟，所述锌源具体为乙酸锌，所述复合表面活性剂具体为体积比2
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4:1的1
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十八碳烯、油胺混合物。
[0010]进一步的，步骤(a)中银源、铟源、锌源的总摩尔量与复合表面活性剂的总体积之比为(0.84
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1.04)mmol:24mL。
[0011]进一步的，步骤(b)中硫粉与油胺混合时的用量比为0.8mmol:(1
‑
2)mL。
[0012]进一步的，步骤(c)中在160
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200℃、保护气氛(氩气)下将硫前驱体溶液注入步骤(a)所得混合物中反应10
‑
30min。
[0013]进一步的，步骤(c)反应完将混合物自然冷却至室温，然后加入足量有机溶剂(丙酮)进行沉淀，最后固液分离、干燥即可。
[0014]本专利技术的第三重目的在于提供一种上述锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料在量子点敏化太阳能电池中的应用。
[0015]现有同类量子点材料的原料中Zn盐通常选用乙酸锌、硬脂酸锌或乙酰丙酮锌，Ag盐通常选用乙酸银、硝酸银或乙酰丙酮银，In盐通常选用硝酸铟、氯化铟、乙酸铟或乙酰丙酮铟。本专利技术确定的制备方法为液相合成法，因此选用了易溶于水和有机溶剂的乙酸盐(乙酸银、乙酸铟、乙酸锌)作为原料，这样有利于快速反应，缩短合成周期。
[0016]本专利技术选用复配的1
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十八碳烯和油胺作为表面活性剂，有效防止了纳米粒子的团聚，保证了产物优异的分散性。与其他掺杂浓度条件所得量子点相比，锌掺杂浓度为20％的Ag
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In
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S量子点发光材料AISZ(0.2)具有较强的发光强度，其在300nm(紫外光)
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700nm(红光)的波长范围内均具有较强的吸收强度，最重要的是该量子点的荧光量子产率最高，能更好地应用于量子点敏化太阳能电池领域。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：(1)本专利技术采用的一步热注入法简单可行、反应快速、成本较低；(2)制得的量子点发光材料不含汞、铅和镉等重金属有毒元素，绿色环保；(3)采用了新的化学计量比和Zn掺杂浓度计算公式，制得的量子点发光材料为类球形，平均直径为(5.0
±
0.5)nm，吸收强度较高，在可见光到近红外光区域均具有高发光强度，Zn
2+
的掺杂使其荧光量子产率从8.34％提高到32.90％，具有更高的功率转换效率，在量子点敏化太阳能电池领域具有良好的应用前景。
附图说明
[0018]图1为实施例1产物AISZ(0.2)、实施例2产物AISZ(0.05)、实施例4产物AISZ(0.3)、对比例1产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料，其特征在于：该材料中Ag、In、S三种元素的化学计量比为1:3:4，Zn
2+
的掺杂量Zn/(Ag+In)的取值范围为5％
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30％。2.如权利要求1所述的一种锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料，其特征在于：Zn
2+
的掺杂量为20％。3.如权利要求1所述的一种锌掺杂Ag
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In
‑
S量子点发光材料，其特征在于：该材料为颗粒状固体，颗粒粒径分布在2
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8nm区间范围内，平均粒径为(5.0
±
0.5)nm。4.权利要求1
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3任一项所述锌掺杂Ag
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In
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S量子点发光材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(a)按照化学计量比，将银源、铟源、锌源与复合表面活性剂混合均匀备用；(b)将硫粉与油胺混合均匀，得到硫前驱体溶液；(c)保护气氛下，将步骤(b)中的硫前驱体溶液注入步骤(a...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴武斌，樊烨明，陈洋，李孝斌，吴锐敏，刘凯，徐慢，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：