硫化铅胶体量子点墨水、制备方法及在可印刷太阳能电池中的应用与流程

技术特征：
1.一种硫化铅胶体量子点墨水的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将0.1～10 g碘化铅、0.1～10 g n,n'
‑
二苯基硫脲、1～100 ml n,n
‑
二甲基甲酰胺混合，在空气或氮气气氛、温度为0～70 ℃的条件下，搅拌至固体溶解，冰浴处理1～30分钟，注入0.1～10 ml正丁胺，继续在冰浴条件下反应0.1～1小时，得到硫化铅量子点的溶液；将反应溶液移至手套箱中洗涤，加入甲苯直至浑浊，在4000～12000 rpm的速度条件下离心处理3～10分钟，弃去上清液，得到硫化铅量子点固体；（2）将步骤（1）合成的硫化铅量子点固体溶解于极性溶剂中，所述极性溶剂包括二甲基亚砜、n,n
‑
二甲基甲酰胺、γ
‑
丁内酯、碳酸丙烯酯、乙腈、n
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、水、2
‑
甲氧基乙醇、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、正丁醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、硝基甲烷、甲苯中的一种，或二甲基亚砜: γ
‑
丁内酯为1:1000～1000:1、二甲基亚砜: 乙腈为1:1000～1000:1、n,n
‑
二甲基甲酰胺: γ
‑
丁内酯为1:1000～1000:1、n,n
‑
二甲基甲酰胺: 乙腈为1:1000～1000:1、γ
‑
丁内酯: 乙腈为1:1000～1000:1的混合溶剂中的一种；加入0.01～100 mg/ml的碘盐添加剂，配制成浓度为0.1～2000 mg/ml的硫化铅胶体量子点墨水。2.根据权利要求1所述的一种硫化铅胶体量子点墨水的制备方法，其特征在于：所述的碘盐包括碘化铵、四丁基碘化铵、碘化纳、碘化钾、碘化锌、碘化铷、碘化铯、碘化铬、碘化亚锡、碘化锶、碘化亚铜、碘化胍、1,2
‑
二甲基
‑3‑
丙基碘化咪唑、1
‑
乙基
‑3‑
甲基碘化咪唑鎓、甲脒碘、甲胺碘。3.根据权利要求1所述的一种硫化铅胶体量子点墨水的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，碘化铅为2.766 g，n,n
’‑
二苯基硫脲为0.228 g，n,n
‑
二甲基甲酰胺为9 ml；固体溶解后冰浴处理时间为5分钟，注入正丁胺为 1 ml；继续在冰浴条件下的反应时间为10分钟；在8000 rpm的速度条件下离心处理5分钟。4.根据权利要求1所述的一种硫化铅胶体量子点墨水的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的碘盐添加剂为碘化铵，浓度为2 mg/ml；所述的溶剂为n,n
‑
二甲基甲酰胺、γ
‑
丁内酯中的一种，所述的混合溶剂为n,n
‑
二甲基甲酰胺: γ
‑
丁内酯=1:1、γ
‑
丁内酯: 乙腈=3:1、γ
‑
丁内酯: 乙腈=3:1中的一种；配制成硫化铅胶体量子点墨水的浓度为600 mg/ml。5.按权利要求1制备方法得到的一种硫化铅胶体量子点墨水。6.一种权利要求5所述的硫化铅胶体量子点墨水在可印刷太阳能电池中的应用，其特征在于包括以下步骤：（1）印刷制备氧化锌纳米晶电子传输层（a）将0.11g～11 g乙酸锌二水合物溶解于20～200 ml的甲醇中，得到乙酸锌甲醇溶液；将0.1 g～10 g氢氧化钾溶解于10 ml～100 ml的甲醇中，逐滴在温度为40℃～70 ℃的条件下滴入到乙酸锌甲醇溶液中，于1～60分钟内滴定完成；反应进行10～300分钟后，停止反应，静置冷却0.5～3小时后，离心处理，去除上清液，得到氧化锌纳米晶；以氯仿：甲醇=1：1为溶剂，配成浓度为10～200 mg/ml的氧化锌纳米晶溶液，在温度为0～8 ℃的条件下保存待用；（b）将硅刮片与氧化铟锡衬底以30～90
°
的夹角度置于温度为25～50 ℃的平台上，衬底与刮片狭缝间距为0.01～10 μm；将待用的氧化锌纳米晶溶液用0.22 mm的聚四氟乙烯滤嘴过滤后，取10～30微升氧化锌纳米晶溶液于刮片与衬底的夹角处，在夹角处自发形成弯
液面，顺着弯液面的形成方向以0.1～100 mm/s的速度匀速水平移动硅刮片，待溶剂自行挥发后在衬底上沉积得到氧化锌纳米晶电子传输层；（2）印刷制备硫化铅量子点活性层将平台的温度调至25～100℃，硅刮片与沉积了氧化锌纳米晶电子传输层的衬底的夹角为30～90
°
，所述衬底与刮片狭缝间距为0.01～10 μm；取1～50微升浓度为0.1～2000 mg/ml的硫化铅胶体量子点墨水于硅刮片与衬底的夹角处，在夹角处自发形成弯液面，顺着弯液面的形成方向以0.1～100 mm/s的速度匀速水平移动硅刮片，待溶剂自行挥发后，在氧化锌纳米晶电子传输层上沉积得到硫化铅胶体量子点活性层；（3）制备硫化铅胶体量子点空穴传输层、蒸镀金属电极（a）将50～500 mg三水合醋酸铅、0.1～5 g油酸及5～100 g十八烯混合，在80～115 ℃的真空条件下搅拌0.5～5小时，在氮气气氛中升温至120～180 ℃，处理0.5～5小时后得到油酸铅的溶液，再降温至60～100 ℃；将 50～500 μl 的四甲基硅硫烷溶解于1～10 ml的十八烯中，注入到所述的油酸铅的溶液中反应1～50分钟，用水浴将反应溶液降温至常温，注入1～20 ml无水正己烷稀释，再加入异丙醇直至浑浊，离心处理，弃去上清液，用正己烷溶解，加入适量丙酮后离心处理，弃去上层清液，将剩余溶液抽干，得到量子点固体；（b）以正己烷、正戊烷或正辛烷中的一种为溶剂，将制备的量子点固体配制成浓度为10～100 mg/ml的量子点溶液，采用旋涂法或对流组装法，在步骤（2）制备的硫化铅胶体量子点活性层上得到硫化铅胶体量子点薄膜；再用体积浓度为0.001%～0.1%乙二硫醇的异丙醇溶液逐滴滴在硫化铅胶体量子点薄膜表面，3～180 s后用纯异丙醇溶液清洗并旋干；重复本步骤（b）1～5次，沉积得到致密的硫化铅胶体量子点空穴传输层；（c）在压强小于1
×
10
‑
6 torr的真空条件下，采用热蒸镀工艺，以0.5
ꢀå
/s的速度蒸镀60～300 nm的金电极，得到一种可印刷太阳能电池。7.根据权利要求6所述的一种硫化铅胶体量子点墨水在可印刷太阳能电池中的应用，其特征在于：步骤（1）（b）中，所述硅刮片与氧化铟锡衬底的夹角度为45
°
，狭缝间距为1 μm；所述平台的温度为25 ℃，硅刮片的移动速度为2 mm/s。8.根据权利要求6所述的一种硫化铅胶体量子点墨水在可印刷太阳能电池中的应用，其特征在于：步骤（2）中，所述硅刮片与沉积了氧化锌纳米晶电子传输层的衬底的夹角为45
°
，狭缝间距为1 μm；所述平台温度为35 ℃；所述硅刮片的移动速度为4 mm/s。9.根据权利要求6所述的一种硫化铅胶体量子点墨水在可印刷太阳能电池中的应用，其特征在于：步骤（2）中，所述的旋涂法为：将量子点溶液直接旋涂至硫化铅量子点活性层上，得到硫化铅胶体量子点薄膜；所述的对流组装法为：取1～50微升量子点溶液于硅刮片与衬底夹角处，衬底温度设置为25～100 ℃，顺着弯液面的形成方向以0.1～100 mm/s的速度匀速水平移动硅刮片，待溶剂自行挥发后得到硫化铅胶体量子点薄膜。10.根据权利要求6所述的一种硫化铅胶体量子点墨水在可印刷太阳能电池中的应用，其特征在于：步骤（3）（b）中，所述乙二硫醇的异丙醇溶液浓度为0.04%体积比，配体交换时间为30 s。

技术总结
本发明涉及一种硫化铅胶体量子点墨水、制备方法及在可印刷太阳能电池中的应用。采用直接合成的原子配体硫化铅量子点，通过溶剂及添加剂工程制备得到高稳定硫化铅量子点墨水，用于制备致密均一的量子点薄膜，应用于高效、低温印刷太阳能电池。本发明提供的墨水具有溶剂兼容性强、浓度可调范围广、可单步成膜、兼容快速印刷工艺的特点；同时，器件印刷温度较低，兼容柔性衬底，且可在空气中进行，具有低成本制备及高稳定性的优势，适合高通量的打印技术。本发明针对油墨特性，通过优化墨水组分、卤素添加剂及印刷工艺，进一步优化制备基于弯液面引导的涂层技术的高均一性量子点薄膜，并成功制备出太阳能电池器件。制备出太阳能电池器件。制备出太阳能电池器件。


技术研发人员：马万里 史国钲 陈毅帆 刘泽柯
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2021.04.11
技术公布日：2021/10/14