利用绿色化学法合成具有光伏性能的半导体纳米晶

• 作 者: 刘轶
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 半导体纳米晶 绿色化学 环境友好 无膦 光伏器件 光检测器 太阳能电池

近年来，半导体纳米晶由于具有优良的光伏性能而被广泛应用于发光二级管、光检测器以及太阳能电池等领域。但是现有半导体纳米晶的合成方法对环境污染非常严重，人们迫切希望开发绿色环保的方法用于合成高质量半导体纳米晶。本论文中，我们先后开发了“一锅法”、“反向热注射法”以及“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”等无膦方法用于合成高质量的油溶性半导体纳米晶，并对水相半导体纳米晶的生长机理进行了研究，成功的合成出不同尺寸、荧光量子效率、表面配体的水溶性半导体纳米晶，最终实现绿色合成这一目标，有力推动了半导体纳米晶在光伏领域的应用。第一，我们开发了“一锅法”以及“反向热注射法”用于合成ZnSe和Cu_2-xSe等二元半导体纳米晶，并通过改变实验条件有效调控它们的尺寸、形貌以及晶型。Cu₂-xSe半导体纳米晶具有优异的光伏性能，将其制成器件后，得到了很好的光检测性能。第二，我们开发了“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”用于合成基于铜的多元硒化物半导体纳米晶。利用这种方法合成出的Cu₂ZnSnSe₄、Cu（InGa）Se₂以及Co²⁺、Fe²⁺掺杂的Cu₂SnSe₃半导体纳米晶具有非常小的尺寸以及均匀的尺寸分布。用它们制成的光检测器具有非常好的光伏性能。第三，我们详细研究了静电相互作用对水相半导体纳米晶生长速率以及荧光量子效率的影响，实现了通过改变实验条件，合成任意尺寸、不同荧光量子效率、不同表面配体的CdTe半导体纳米晶。进一步将这些CdTe半导体纳米晶与聚对苯撑乙烯复合，制备了具有双层结构的杂化太阳能电池器件，并得到了很好的光电转换效率。