多元硫族化合物量子点异质结构的制备及其光伏性能研究

多元硫族化合物是重要的光电功能材料，其量子点在太阳能电池、发光二极管、生物荧光标记以及光电器件等领域具有巨大应用潜力。目前对多元硫族化合物量子点的合成还缺乏系统的研究，主要集中在I-III-VI2型化合物上，而关于其量子点异质结构的文献报道则更加有限。本申请旨在探索和发展多元硫族化合物量子点及其异质结构的低温液相合成技术。以I-III-VI, I-IV-VI, I-V-VI和I-II-IV-VI族化合物为主要研究对象，结合传统量子点制备方法，发展溶剂热分离体系，在温和条件下制备系列多元硫族化合物量子点及其异质结构，同时探索其新结构相和亚稳相。调节反应参数，总结反应规律，寻求制备方法的普适性。通过量子点异质结构建立界面势，充分利用量子点及其异质结构的带隙可调性，实现太阳光全谱吸收，提高光电转换效率。研究材料的光伏性能及其量子尺寸效应，探索材料在太阳能电池中的应用前景，为材料的器件化奠定基础。

功能纳米材料由于其优越的物理性质及广泛的应用前景一直以来备受关注。其中，多元硫族化合物具有独特的结构和性质，在光电领域体现了巨大的应用潜力。本项目以制备多元硫族化合物纳米晶为基本目标，以发展功能纳米材料的控制合成技术为总体任务，通过设计简单、普适的液相合成方法，制备出不同种类的功能纳米结构材料，探索纳米结构的制备过程与结构形态之间的联系，并研究产物的物理性质及其量子尺寸效应。本项目成功发展了数种普适性化学制备方法，主要包括以下四个方面：首先，利用尖晶石结构In3−xS4为前驱，在不同条件下实现了不同相结构Cu-In-S化合物纳米晶的选择合成，该结构性模板法可广泛适用于一系列尖晶石结构多元硫化物纳米晶的制备，如M(II)In2S4, In4SnS8, CuInSnS4, AgInSnS4等；其次，以铬(VI)酸盐为反应前驱，利用乙二醇原位还原法，成功制备了一系列铬(III)基氧化物，如：金属亚铬酸盐、Cr2O3以及Ni-Cr2O3复合物等磁性功能纳米材料；再次，本项目设计的溶剂热分离体系在无机纳米结构的控制合成中起到了关键的动力学作用，利用该体系成功控制合成了纤锌矿结构CuInS2空心球以及MnCO3纳米线等；最后，以极性有机溶剂代替传统四相微乳中的水相，设计无水类微乳体系，该体系对微纳米结构的形貌控制具有显著效果，在该体系中成功实现了不同类型的SrMoO4多级纳米片以及SrCO3多级纳米棒的控制生长。这些普适性合成技术对探索功能纳米材料的制备与应用具有重要意义，为纳米材料科学的发展提供了实验依据。