硫化铅量子点制备方法、近红外太阳能电池、光电探测器技术

本发明专利技术公开了一种硫化铅量子点制备方法、近红外太阳能电池、光电探测器。所述制备方法包括：将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，真空加热至所述铅源溶解，得到两相反应体系，所述两相反应体系包括铅前体溶液和固相不溶物；通入保护气，在所述两相反应体系中加入硫源，得到硫化铅量子点。通过增加固相介质引入非均相反应体系，固液界面传质速率抑制高活性硫源的快速扩散，降低硫源活性，使铅源和硫源的活性匹配，从而区分开成核和生长两个过程，最终制备出的量子点粒径均匀、表面钝化良好，激子吸收峰峰谷比高、吸收半高宽窄。吸收半高宽窄。吸收半高宽窄。

【技术实现步骤摘要】
硫化铅量子点制备方法、近红外太阳能电池、光电探测器


[0001]本专利技术属于半导体纳米材料
，具体涉及一种硫化铅量子点制备方法、近红外太阳能电池、光电探测器应用。

技术介绍

[0002]硫化铅(PbS)量子点具有带隙广泛可调、量子产率高、摩尔吸光系数高和激子玻尔半径大等优点，在近红外太阳能电池和光电探测器领域拥有巨大的应用前景。器件结构优化和后处理表面修饰可有效减少中间缺陷态、改善太阳能电池性能，最新认证的能量转化效率超过13％。同时，PbS量子点近红外探测技术也获得高速发展，关键性能参数：比探测率、外量子效率、响应速度和暗电流等可媲美铟镓砷探测器。此外，因具有可溶液加工性和无需晶格匹配等优点，PbS量子点可直接与硅基晶圆集成用于大面阵成像芯片的制备。
[0003]材料制备、后处理表面修饰和器件结构设计共同决定PbS量子点器件性能。现有的技术研究大多关注后两者，材料制备上研究甚少。目前普遍采用六甲基二硅硫烷(TMS)作为硫源，高温下快速注射到油酸铅溶液中合成PbS量子点。现有技术进一步发展了PbS量子点合成方法，使用卤化铅(PbX2)作为铅源高温下快速注入油胺
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硫生成PbS量子点。这两种合成方法均属于热注射法，高温下迅速注入硫前体立即成核生成PbS量子点，仅合成中选取的铅源和硫源不同。为了获得高质量的PbS量子点，两种方法初始投料均选择高铅硫比(Pb:S>8)，而最终生成的PbS量子点中Pb:S比分别为1.3和1.8，应用于工业生产将造成大量的铅原料浪费，同时产生高浓度的含铅废液。阳离子交换法合成工艺利用PbCl2持续交换ZnS(CdS)量子点，经历奥斯瓦尔德熟化生成大粒径的PbS量子点，控制交换时间获得的PbS量子点激子吸收峰拥有高峰谷比和窄吸收半高宽。然而，阳离子交换法是显著的动力学控制过程，持续的ZnS(CdS)量子点注射导致PbS量子点持续生长，不利于控制产物的粒径，最终导致PbS量子点的激子吸收峰位置出现产品批次性差异。另外，阳离子交换法在合成PbS量子点前需要制备ZnS(CdS)量子点，增加了工艺流程和量子点提纯过程，同时PbS量子点制备流程远长于热注射法，应用于工业生产将会增加运行成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种硫化铅量子点制备方法、近红外太阳能电池、光电探测器应用。具有操作安全、简单可控，成本低，易于重复和放大的优点；制备的量子点粒径均匀、表面钝化良好，激子吸收峰的峰谷比高、窄吸收半高宽、荧光量子产率高。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种硫化铅量子点制备方法，包括：将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，真空加热至所述铅源溶解，得到两相反应体系，所述两相反应体系包括铅前体溶液和固相不溶物；在所述两相反应体系中加入硫源，得到硫化铅量子点。
[0006]其中，所述将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，真空加热至所述铅源溶解，得到两相反应体系的步骤，包括：将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，得到第一混合物；将所述第一混合物真空加热至所述铅源溶解，得到所述两相反应体系；所述在所述两相
反应体系中加入硫源，得到硫化铅量子点的步骤，包括：通入保护气，将所述两相反应体系的温度升温至预设反应温度，并加入所述硫源，得到所述硫化铅量子点。
[0007]其中，所述通入保护气，将所述两相反应体系的温度升温至预设反应温度，并加入所述硫源的步骤之后，包括：在所述预设反应温度下保温，加入终止剂，快速冷却至室温，得到第二混合物；对所述第二混合物进行分离、纯化处理，得到所述硫化铅量子点。
[0008]其中，所述对所述第二混合物进行分离、纯化处理，得到所述硫化铅量子点的步骤，包括：将所述第二混合物装入预设数量的离心管内，并向所述离心管内加入沉淀液，使量子点沉淀，得到第三混合物；对所述第三混合物进行离心处理，倒掉上清液；利用氮气吹干残留溶剂，并加入分散液，得到所述硫化铅量子点。
[0009]其中，所述铅源包括氧化铅、乙酸铅、碳酸铅、草酸铅和硬脂酸铅中一种及任意组合；所述有机配体包括碳原子数≥8的饱和或不饱和脂肪酸中的一种及任意组合；所述溶剂包括十八烯；所述金属卤化物包括卤化铅、卤化镉、卤化铬、卤化锌中的一种及任意组合。
[0010]其中，所述保护气包括氮气和氩气中一种。
[0011]其中，所述预设反应温度为80～180℃。
[0012]其中，所述硫源包括六甲基二硅硫烷。
[0013]其中，所述终止剂包括正已烷、正辛烷、氯仿、甲苯中至少一种。
[0014]其中，所述硫化铅量子点的激子吸收峰峰谷比大于5，吸收半高宽小于120nm。
[0015]其中，所述铅源与所述有机配体的摩尔体积比为1：(1～4)；所述金属卤化物与所述铅源摩尔比大于等于0.3；所述铅源与所述硫源摩尔比为(1～4)：1。
[0016]第二方面，本申请提供一种近红外太阳能电池光伏器件，包括：近红外太阳能电池光敏层，所述近红外太阳能电池光敏层包括硫化铅量子点，所述硫化铅量子点采用上述任一项所述的方法制备。
[0017]第三方面，本申请提供一种光电探测器，包括：光电探测光敏层，所述光电探测光敏层包括硫化铅量子点，所述硫化铅量子点采用上述任一项所述的方法制备。
[0018]区别于现有技术，本专利技术的制备方法将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，真空加热至所述铅源溶解，得到两相反应体系，所述两相反应体系包括铅前体溶液和固相不溶物；在所述两相反应体系中加入硫源，得到硫化铅量子点。通过增加固相介质引入非均相反应体系，固液界面传质速率抑制高活性硫源的快速扩散，降低硫源活性，使铅源和硫源的活性匹配，从而区分开成核和生长两个过程，最终制备出的量子点粒径均匀、表面钝化良好，激子吸收峰峰谷比高、吸收半高宽窄。
附图说明
[0019]图1为本专利技术硫化铅量子点制备方法的一实施例的流程示意图；
[0020]图2为实施例1制备的硫化铅量子点的透射电镜照片；
[0021]图3为实施例1制备的硫化铅量子点吸收光谱和荧光光谱示意图；
[0022]图4为实施例1制备的硫化铅量子点不同保温时间吸收光谱示意图；
[0023]图5为实施例2制备的硫化铅量子点的透射电镜照片；
[0024]图6为实施例2制备的硫化铅量子点吸收光谱和荧光光谱示意图；
[0025]图7为近红外太阳能电池光伏器件的一实施例的结构示意图；
[0026]图8为光电探测器的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0027]为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0028]请参见图1，为本专利技术硫化铅量子点制备方法的一实施例的流程示意图，具体包括：
[0029]步骤S11：将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化铅量子点制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，真空加热至所述铅源溶解，得到两相反应体系，所述两相反应体系包括铅前体溶液和固相不溶物；在所述两相反应体系中加入硫源，得到硫化铅量子点。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，真空加热至所述铅源溶解，得到两相反应体系的步骤，包括：将铅源、有机配体、溶剂及金属卤化物混合，得到第一混合物；将所述第一混合物真空加热至所述铅源溶解，得到所述两相反应体系；所述在所述两相反应体系中加入硫源，得到硫化铅量子点的步骤，包括：通入保护气，将所述两相反应体系的温度升温至预设反应温度，并加入所述硫源，得到所述硫化铅量子点。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述通入保护气，将所述两相反应体系的温度升温至预设反应温度，并加入所述硫源的步骤之后，包括：在所述预设反应温度下保温，加入终止剂，快速冷却至室温，得到第二混合物；对所述第二混合物进行分离、纯化处理，得到所述硫化铅量子点。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述对所述第二混合物进行分离、纯化处理，得到所述硫化铅量子点的步骤，包括：将所述第二混合物装入预设数量的离心管内，并向所述离心管内加入沉淀液，使量子点沉淀，得到第三混合物；对所述第三混合物进行离心处理，倒掉上清液；利用氮气吹干残留溶剂，并加入分散液，得到所述硫化铅量子点。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江，汪波，张建兵，高亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：