一种半导体光敏剂AgBiS2量子点及其制备方法与流程

本发明属于纳米技术领域。具体涉及一种半导体光敏剂agbis2量子点及其制备方法。

背景技术：

量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2～20nm之间。量子点由于尺寸很小，具有许多与体相材料不一样的性质。如量子点的能带可调、存在量子尺寸效应、量子限域效应以及多激子效应等。这些特性使得量子点被广泛应用于发光及太阳能电池的光吸收材料等方面。其中cdse、pbs、cuins2等量子点已经被广泛研究。

agbis2是一种i-v-vi族半导体，agbis2的禁带宽度为1.2ev，接近最佳的光学带隙(1.39ev)，同时在λ＝600nm时吸光系数高达10⁵cm^-1，并且无毒无害和环境友好，展现出其作为光吸收材料的巨大潜力。为了将agbis2量子点运用在太阳能电池中，一些科研人员作出了努力。如huang等人利用连续离子层沉积法(huangpc,yangwc,leemw.agbis2semiconductor-sensitizedsolarcells[j].journalofphysicalchemistryc,2013,117(36):18308)，制备了晶粒尺寸约为16nm的agbis2量子点，并将其作为光敏剂用在量子点敏化太阳能电池中，将agbis2量子点沉积在tio2多孔薄膜上，组装成电池，得到了0.53％的转换效率。zhou等人利用电化学沉积技术(zhous,yangj,liw,etal.preparationandphotovoltaicpropertiesofternaryagbis2quantumdotssensitizedtio2nanorodsphotoanodesbyelectrochemicalatomiclayerdeposition[j].journaloftheelectrochemicalsociety,2016,163(3):d63-d67)，制备出了agbis2量子点，同样利用其敏化tio2纳米棒阵列后的电池，转换效率为0.95％。这些研究虽取得了一定的成果，但量子点还存在尺寸不可控、表面缺陷多，以及光响应范围窄等缺点，不利于在量子点敏化太阳能电池中的应用。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种尺寸可控、表面缺陷少和光响应范围广的半导体光敏剂agbis2量子点的制备方法，用该方法制备的半导体光敏剂agbis2量子点能提高在量子点敏化太阳能电池中的应用效果。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的具体步骤是：

步骤一、含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液的制备

按照银盐∶铋盐的物质的量的比为1∶(1～4)，将所述银盐和所述铋盐混合，得到混合料；再按浓度为0.19～0.21mol/l，将所述混合料与油胺混合，在氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，得到含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液。

步骤二、硫的前驱体溶液的制备

按浓度为0.39～0.41mol/l，将升华硫和1-十八烯混合，再于氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，制得硫的前驱体溶液。

步骤三、半导体光敏剂agbis2量子点的制备

在190～210℃和氮气气氛条件下，按照所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液∶所述硫的前驱体溶液的体积比为1∶(0.9～1.1)，将所述硫的前驱体溶液加入到所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液中，在转速为500～800r/min条件下搅拌8～10min，制得半导体光敏剂agbis2量子点。

所述银盐为硝酸银或为乙酸银。

所述铋盐为硝酸铋或为乙酸铋。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：

1、本发明采用热注入法，利用配体限制agbis2量子点的生长，使得agbis2量子点的尺寸可控，在高温下生长的agbis2量子点的结晶性良好，从而减少了表面缺陷，所制备的半导体光敏剂agbis2量子点尺寸可控和表面缺陷少。

2、本发明通过调节原料中ag⁺和bi³⁺的元素比例，调控其禁带宽度，得到禁带宽度较窄的agbis2量子点，拓展了光吸收范围，制备的半导体光敏剂agbis2量子点能提高在量子点敏化太阳能电池中的应用效果。本发明制备的半导体光敏剂agbis2量子点经检测：量子点尺寸为8～12nm；光吸收范围为775～810nm；禁带宽度为1.80ev～2.20ev。

本发明所制备的半导体光敏剂agbis2量子点具有尺寸可控、表面缺陷少和光响应能力优良的特点，能提高在量子点敏化太阳能电池中的应用效果。

附图说明

图1为本发明制备的一种半导体光敏剂agbis2量子点的htem形貌图；

图2为图1所示半导体光敏剂agbis2量子点的htem晶格条纹图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种半导体光敏剂agbis2量子点及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：

步骤一、含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液的制备

按照银盐∶铋盐的物质的量的比为1∶(1～2)，将所述银盐和所述铋盐混合，得到混合料；再按浓度为0.19～0.21mol/l，将所述混合料与油胺混合，在氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，得到含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液。

步骤二、硫的前驱体溶液的制备

按浓度为0.39～0.41mol/l，将升华硫和1-十八烯混合，再于氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，制得硫的前驱体溶液。

步骤三、半导体光敏剂agbis2量子点的制备

在190～210℃和氮气气氛条件下，按照所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液∶所述硫的前驱体溶液的体积比为1∶(0.9～1.1)，将所述硫的前驱体溶液加入到所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液中，在转速为500～800r/min条件下搅拌8～10min，制得半导体光敏剂agbis2量子点。

所述银盐为硝酸银。

所述铋盐为硝酸铋。

实施例2

一种半导体光敏剂agbis2量子点及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：

步骤一、含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液的制备

按照银盐∶铋盐的物质的量的比为1∶(2～3)，将所述银盐和所述铋盐混合，得到混合料；再按浓度为0.19～0.21mol/l，将所述混合料与油胺混合，在氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，得到含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液。

步骤二、硫的前驱体溶液的制备

按浓度为0.39～0.41mol/l，将升华硫和1-十八烯混合，再于氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，制得硫的前驱体溶液。

步骤三、半导体光敏剂agbis2量子点的制备

在190～210℃和氮气气氛条件下，按照所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液∶所述硫的前驱体溶液的体积比为1∶(0.9～1.1)，将所述硫的前驱体溶液加入到所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液中，在转速为500～800r/min条件下搅拌8～10min，制得半导体光敏剂agbis2量子点。

所述银盐为硝酸银。

所述铋盐为硝酸铋。

实施例3

一种半导体光敏剂agbis2量子点及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：

步骤一、含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液的制备

按照银盐∶铋盐的物质的量的比为1∶(3～4)，将所述银盐和所述铋盐混合，得到混合料；再按浓度为0.19～0.21mol/l，将所述混合料与油胺混合，在氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，得到含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液。

步骤二、硫的前驱体溶液的制备

按浓度为0.39～0.41mol/l，将升华硫和1-十八烯混合，再于氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，制得硫的前驱体溶液。

步骤三、半导体光敏剂agbis2量子点的制备

在190～210℃和氮气气氛条件下，按照所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液∶所述硫的前驱体溶液的体积比为1∶(0.9～1.1)，将所述硫的前驱体溶液加入到所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液中，在转速为500～800r/min条件下搅拌8～10min，制得半导体光敏剂agbis2量子点。

所述银盐为硝酸银。

所述铋盐为硝酸铋。

实施例4

一种半导体光敏剂agbis2量子点及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：

步骤一、含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液的制备

按照银盐∶铋盐的物质的量的比为1∶(1～2)，将所述银盐和所述铋盐混合，得到混合料；再按浓度为0.19～0.21mol/l，将所述混合料与油胺混合，在氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，得到含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液。

步骤二、硫的前驱体溶液的制备

按浓度为0.39～0.41mol/l，将升华硫和1-十八烯混合，再于氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，制得硫的前驱体溶液。

步骤三、半导体光敏剂agbis2量子点的制备

在190～210℃和氮气气氛条件下，按照所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液∶所述硫的前驱体溶液的体积比为1∶(0.9～1.1)，将所述硫的前驱体溶液加入到所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液中，在转速为500～800r/min条件下搅拌8～10min，制得半导体光敏剂agbis2量子点。

所述银盐为乙酸银。

所述铋盐为乙酸铋。

实施例5

一种半导体光敏剂agbis2量子点及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：

步骤一、含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液的制备

按照银盐∶铋盐的物质的量的比为1∶(2～3)，将所述银盐和所述铋盐混合，得到混合料；再按浓度为0.19～0.21mol/l，将所述混合料与油胺混合，在氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，得到含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液。

步骤二、硫的前驱体溶液的制备

按浓度为0.39～0.41mol/l，将升华硫和1-十八烯混合，再于氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，制得硫的前驱体溶液。

步骤三、半导体光敏剂agbis2量子点的制备

在190～210℃和氮气气氛条件下，按照所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液∶所述硫的前驱体溶液的体积比为1∶(0.9～1.1)，将所述硫的前驱体溶液加入到所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液中，在转速为500～800r/min条件下搅拌8～10min，制得半导体光敏剂agbis2量子点。

所述银盐为乙酸银。

所述铋盐为乙酸铋。

实施例6

一种半导体光敏剂agbis2量子点及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：

步骤一、含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液的制备

按照银盐∶铋盐的物质的量的比为1∶(3～4)，将所述银盐和所述铋盐混合，得到混合料；再按浓度为0.19～0.21mol/l，将所述混合料与油胺混合，在氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，得到含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液。

步骤二、硫的前驱体溶液的制备

按浓度为0.39～0.41mol/l，将升华硫和1-十八烯混合，再于氮气气氛、100～120℃和500～800r/min的条件下搅拌2～3h，制得硫的前驱体溶液。

步骤三、半导体光敏剂agbis2量子点的制备

在190～210℃和氮气气氛条件下，按照所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液∶所述硫的前驱体溶液的体积比为1∶(0.9～1.1)，将所述硫的前驱体溶液加入到所述含ag⁺和bi³⁺的混合前驱体溶液中，在转速为500～800r/min条件下搅拌8～10min，制得半导体光敏剂agbis2量子点。

所述银盐为乙酸银。

所述铋盐为乙酸铋。

本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果

1、本具体实施方式采用的热注入法，利用配体限制量子点的生长，使得agbis2量子点的尺寸可控，所制备的半导体敏化剂agbis2量子点如附图所示；图1为实施例2制备的一种半导体光敏剂agbis2量子点的htem形貌图；图2为图1所示半导体光敏剂agbis2量子点htem晶格条纹图。从图1可以看出，半导体敏化剂agbis2量子点的尺寸为8～10nm且分散均匀。该尺寸较小有利于agbis2量子点在量子点敏化太阳能电池的光阳极上的沉积，从而提高电池光吸收效率。从图2可以看出，半导体光敏剂agbis2量子点清晰的晶格条纹，这表明在高温下生长的半导体光敏剂agbis2量子点的结晶性良好，有利于减少半导体光敏剂agbis2量子点的表面缺陷，从而能提高量子点敏化太阳能电池中的应用效果。

2、本具体实施方式通过调节原料中ag⁺和bi³⁺的元素比例，调控其禁带宽度，得到禁带宽度较窄的agbis2量子点，拓展了光吸收范围，制备的半导体光敏剂agbis2量子点能提高在量子点敏化太阳能电池中的应用效果。本具体实施方式制备的半导体光敏剂agbis2量子点经检测：量子点尺寸为8～12nm；光吸收范围为775～810nm；禁带宽度为1.80ev～2.20ev。

因此，本具体实施方式所制备的半导体光敏剂agbis2量子点具有尺寸可控、表面缺陷少和光响应能力优良的特点，能提高在量子点敏化太阳能电池中的应用效果。