CN108806990A - 基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极及其制备方法 - Google Patents

基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极及其制备方法,属于光阳极领域。光阳极包括导电基片、吸附于导电基片的n型半导体膜、连接于n型半导体膜的巯基烷酸以及连接于巯基烷酸的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱。Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层,n型半导体膜的导带能级位于CdTe量子片壳层的导带能级和价带能级之间。吸光效率高、界面电荷分离效率高、界面电荷复合作用弱、光电转化效率高。制备方法包括将沉积于导电基片的n型半导体膜于含有巯基烷酸的醇溶液中浸泡后于含有Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的敏化剂溶液中浸泡。可控性好、成本低、适用范围广,制得的光阳极光电转化效率高。

Description

基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极及其制备方法
技术领域
本发明涉及光阳极领域,具体而言,涉及一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极及其制备方法。
背景技术
能源危机日益严峻,敏化太阳能电池以其工艺简单、成本低廉等系列优势成为新能源领域的研究热点。然而,敏化太阳能电池中光阳极有限的光谱响应以及复杂的界面电荷转移与复合过程,使电池的吸光效率和电子收集效率受到制约,大大影响了电池的光电转化效率。因此,有效增强光阳极的吸光效率和调控改善光阳极的界面电荷转移过程,对于提高电池的光电转化效率和推进其实用化进程来说意义重大。
然而,现有技术存在以下问题:一是,零维量子点或一维量子棒的光吸收截面有限,光阳极的吸光效率有待提高;二是,之前使用的量子点/棒材料的电子结构未经特殊设计,电子布居无规律,这就导致:一方面电子从量子点/棒转移到n型半导体膜中的速度受限,难以实现高效的电子注入;另一方面,分离态电子向量子点/棒的复合过程无法得到有效控制,该复合过程的存在严重影响光阳极上的电子收集效率。上述零维量子点和一维量子棒的吸光截面以及量子点/棒与n型半导体膜界面电荷过程的缺陷导致光阳极的光电性能受到限制。
有鉴于此,特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极,其具备吸光效率高、界面电荷分离效率高、界面电荷复合作用弱、光电转化效率高等优点。
本发明的另一目的在于提供一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,其可控性好、成本低、适用范围广,制得的光阳极的光电转化效率高。
本发明的实施例是这样实现的:
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极,其包括导电基片、吸附于导电基片的n型半导体膜、连接于n型半导体膜的巯基烷酸以及连接于巯基烷酸的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱,Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层,n型半导体膜的导带能级位于CdTe量子片壳层的导带能级和价带能级之间。
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,其包括:将沉积于导电基片的n型半导体膜于含有巯基烷酸的醇溶液中浸泡,得表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜,将表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜于含有Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的敏化剂溶液中浸泡,得基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极。
本发明实施例的有益效果是:
本发明提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极,采用二维的CdSe/CdTe量子阱作为光敏剂,与零维量子点和一维量子棒相比,其具有更大的光吸收截面,可以显著提高光阳极的吸光效率。Ⅱ型电子结构的CdSe/CdTe量子阱,其CdTe壳层的导带和价带分别低于CdSe核层的导带和价带能级:一方面,CdSe/CdTe量子阱的电子离域到CdTe壳层中,这使得CdSe/CdTe量子阱上的电子可以顺畅地转移到n型半导体上,以实现量子阱与n型半导体之间高效的电荷分离和电子注入;另一方面,量子阱的空穴限域在CdSe核层内部而CdTe壳层基本无空穴,这可以有效地抑制n型半导体上分离态电子向CdSe/CdTe量子阱上空穴的复合过程,显著增强光阳极的电子收集效率。上述结构特性使基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的光阳极展现出优异的光电性能。
巯基烷酸用作连接n型半导体膜和Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的功能桥链分子,其分子一端的羧基健合在n型半导体膜表面,而另一端的巯基健合在Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱表面,将n型半导体膜和Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱通过化学键紧密结合在一起,制得的光阳极稳定性好、界面电子注入顺畅、电子收集效率和光电转化效率高。
本发明提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,通过浸泡操作依次在沉积于导电基片的n型半导体膜上连接巯基烷酸和Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱,其可控性好、成本低、适用范围广。制得的光阳极针对性地增强从量子阱到n型半导体膜的电子转移,同时削弱从n型半导体膜到量子阱的电子复合,显著改善光阳极的光电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的界面电荷过程能级图;
图3为本发明实施例1提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的TEM图;
图4为本发明实施例1提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的界面电荷传输与复合动力学过程光谱图;
图5为本发明实施例1提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的太阳能电池的J-V曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极及其制备方法进行具体说明。
请参阅图1,本发明提供一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极,包括:导电基片、吸附于导电基片的n型半导体膜、连接于n型半导体膜的巯基烷酸以及连接于巯基烷酸的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱。Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层,n型半导体膜的导带能级位于CdTe量子片壳层的导带能级和价带能级之间。
采用二维的CdSe/CdTe量子阱作为光敏剂,与零维量子点和一维量子棒相比,其具有更大的光吸收截面,可以显著提高光阳极的吸光效率。
请参阅图2,Ⅱ型电子结构的CdSe/CdTe量子阱,其CdTe壳层的导带和价带分别低于CdSe核层的导带和价带能级:一方面,CdSe/CdTe量子阱的电子离域到CdTe壳层中,这使得CdSe/CdTe量子阱上的电子可以顺畅地转移到n型半导体上,以实现量子阱与n型半导体之间高效的电荷分离和电子注入;另一方面,量子阱的空穴限域在CdSe核层内部而CdTe壳层基本无空穴,这可以有效地抑制n型半导体上分离态电子向CdSe/CdTe量子阱上空穴的复合过程,显著增强光阳极的电子收集效率。上述结构特性使基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的光阳极展现出优异的光电性能。
巯基烷酸用作连接n型半导体膜和Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的功能桥链分子,其分子一端的羧基健合在n型半导体膜表面,而另一端的巯基健合在Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱表面,将n型半导体膜和Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱通过化学键紧密结合在一起,制得的光阳极稳定性好、界面电子注入顺畅、电子收集效率和光电转化效率高。
在本发明一些可选的实施方式中,n型半导体膜选自TiO2半导体膜、ZnO半导体膜或SnO2半导体膜中的一种。
选用上述种类的半导体膜,使n型半导体膜的能级结构与CdSe量子片核层及CdTe量子片壳层的能级结构之间有较好的匹配关系,有利于增强量子阱到n型半导体膜的电子转移,削弱从n型半导体膜到量子阱的电子复合,从而改善光阳极的光电性能。
巯基烷酸选自3-巯基丙酸、5-巯基戊酸或11-巯基十一酸中的至少一种。如巯基烷酸可以是3-巯基丙酸一种、5-巯基戊酸一种、11-巯基十一酸一种,或者3-巯基丙酸、5-巯基戊酸和11-巯基十一酸中两种或三种的组合。
选用上述种类的巯基烷酸,制备时操作方便。巯基烷酸两端与n型半导体膜及Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的键合稳定,使得到的光阳极稳定性好、界面电子注入顺畅。
本发明提供一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,包括:将沉积于导电基片的n型半导体膜于含有巯基烷酸的醇溶液中浸泡,得表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜,将表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜于含有Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的敏化剂溶液中浸泡,得基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极。
通过浸泡操作依次在沉积于导电基片的n型半导体膜上连接巯基烷酸和Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱,其可控性好、成本低、适用范围广。制得的光阳极针对性地增强从量子阱到n型半导体膜的电子转移,同时削弱从n型半导体膜到量子阱的电子复合,显著改善光阳极的光电性能。
在本发明一些可选的实施方式中,沉积于导电基片的n型半导体膜在含有巯基烷酸的醇溶液中浸泡的时间为5-10h,如可以是5h、6h、7h、8h、9h、10h等。使巯基烷酸与n型半导体膜稳定地键合。
可选地,沉积于导电基片的n型半导体膜选自TiO2半导体膜、ZnO半导体膜或SnO2半导体膜中的一种。
进一步地,含有巯基烷酸的醇溶液中,溶剂可选地为甲醇、乙醇等。巯基烷酸选自3-巯基丙酸、5-巯基戊酸或11-巯基十一酸中的至少一种,其在醇溶液中的体积百分比可选地为3-8%,如3%、4%、5%、6%、7%、8%等。
在本发明一些可选的实施方式中,表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜在敏化剂溶液中浸泡的时间为5-12h,如可以是5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h等。使Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱与巯基烷酸稳定地键合,使得到的光阳极稳定性好、界面电子注入顺畅。
进一步地,敏化剂溶液的溶剂选自正己烷、庚烷、甲苯或三氯甲烷中的至少一种。如溶剂可以是己烷一种、庚烷一种、甲苯一种、三氯甲烷一种,或者己烷、庚烷、甲苯和三氯甲烷中两种、三种或四种的组合。
经发明人研究发现,采用上述溶剂的敏化剂溶液,使得Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱在溶液中的分散性能好且与巯基烷酸能够快速稳定的键合。
在本发明一些具体的实施方式中,Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱根据以下方法制得:将量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液在加热下与含CdSe量子片核层材料的种子溶液混合,得混合液;加热温度190-220℃的条件下,向混合液中滴加量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液进行反应,得到Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱。
种子溶液可选地根据以下方法制得:
首先,将量子阱CdSe核层材料镉源和量子阱CdSe核层材料硒源溶于十八烯中,抽真空约30分钟后,在真空环境下以100-150℃的温度加热1-2h,如加热1h,得到均匀透明的预处理溶液。
可选地,量子阱CdSe核层材料镉源选自十四烷酸镉、氧化镉或醋酸镉中的至少一种。量子阱CdSe核层材料硒源选自氧化硒或硒粉中的至少一种。
预处理溶液中,量子阱CdSe核层材料镉源的浓度为0.02-0.1mol/L。量子阱CdSe核层材料镉源与量子阱CdSe核层材料硒源的摩尔比为1.8-2.2:1,进一步地为2:1。
其次,在惰性的气体保护下,惰性的气体是指氮气、氦气、氩气等反应活性低的气体,将预处理溶液加热至190-220℃,如加热至200℃,向加热后的该预处理溶液中快速地加入乙酸镉水合物,可选地添加乙酸镉二水合物。然后将该混合溶液升温至230-260℃反应5-30min后用冰浴终止,得到量子阱核层材料的产物溶液。
可选地,量子阱CdSe核层材料硒源与乙酸镉水合物的摩尔比为0.8-1.2:1,进一步地为1:1。
最后,将上述得到的量子阱核层材料的产物溶液在2000-4000rpm的转速下离心10-30分钟,分离、收集得到CdSe量子片核层材料。将该CdSe量子片核层材料分散于十八烯中,得到该种子溶液。
在本发明较佳的实施例中,种子溶液中CdSe量子片核层材料的浓度为0.06-0.18mmol/L。
量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液为壳层材料镉源和油酸的十八烯溶液。其中,壳层材料镉源包括十四烷酸镉、氧化镉或醋酸镉中的至少一种。量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液中壳层材料镉源的浓度为0.02-0.05mol/L,可选地为0.03mol/L。该含镉前驱液中油酸和十八烯的体积比例可选地为1:200。
可选地,量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液与种子溶液混合之前,将量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液抽真空约30min后,在真空环境下以100-150℃的温度加热1-2h,如加热1h。之后加热至约200℃,再快速地向该种子溶液加入至该含镉前驱液中。种子溶液与量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液的体积比较佳地为1-2:10,进一步地为1:10。
量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液为碲粉和三辛基膦的十八烯溶液。量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液中碲粉的浓度为0.015-0.020mol/L,进一步地为0.018mol/L。该溶液中,三辛基膦与十八烯的体积比可选地约为1:12.5。
量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液与混合液的体积比较佳地为0.4-0.7:1,进一步地为0.5:1。将混合液在190-220℃的条件下加热反应5-10s后,即将该含碲前驱液缓慢地滴加于该混合液中。
进一步地,量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液的滴加速度为0.5-2mL/L,滴加完成后反应0.5-1.5h并用冰浴终止。接着用乙醇作为沉淀剂,离心即可得到Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱。
Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的上述制备方法,采用热溶剂注入的方式先制备CdSe量子片核层,再在核层外面外延生长CdTe量子片壳层。可以通过分别控制核层和壳层量子片的生长来分别调控核层和壳层的能级结构,从而精确、有效地调控CdSe/CdTe量子阱和n型半导体之间的界面电荷过程。通过CdSe/CdTe量子阱电子结构的控制,针对性地增强从量子阱到n型半导体膜的电子转移,同时削弱从n型半导体膜到量子阱的电子复合,显著改善光阳极的光电性能。该方法可控性好、成本低、适用范围广,制得的光阳极的吸光效率及光电效率高。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,包括:
S1、将十四烷酸镉和硒粉溶于十八烯中,抽真空30min后在真空环境中以100-150℃的温度加热1h,得到均匀透明的预处理溶液。在氮气保护下,将预处理溶液升温至200℃,快速地添加乙酸镉二水合物,然后升温至230-260℃,在该温度下反应20min后用冰浴终止反应。将反应液在3000rpm的转速下离心20min,分离收集得到CdSe量子片核层材料。将CdSe量子片核层材料分散在十八烯中得到种子溶液。其中,预处理溶液中:镉源的浓度为0.05mol/L,镉源、硒源及乙酸镉水合物的摩尔比为2:1:1,种子溶液中CdSe量子片核层材料的浓度为0.12mmol/L。
S2、将十四烷酸镉和油酸溶于十八烯中,得到量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液。将碲粉和三辛基膦溶于十八烯中,得到量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液。其中,量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液中,镉源的浓度为0.03mol/L,油酸与十八烯的体积比为1:200。量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液中,碲源的浓度为0.018mol/L,三辛基膦和十八烯的体积比为1:12.5。
S3、将量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液抽真空30min后在真空环境中以100-150℃的温度加热1h。升温至200℃后快速添加种子溶液,得混合液。将混合液在190-220℃温度下反应5-10s,然后以0.5-2mL/L的速度滴加量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液,滴加完成后反应1h并用冰浴终止。用乙醇作为沉淀剂,离心得到Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱。其中,种子溶液与量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液的体积比为1:10,量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液与混合液的体积比为0.5:1。
S4、将Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱分散于己烷中配成浓度为5×10-4mol/L的敏化剂溶液。将3-巯基丙酸分散于乙醇中配成体积百分比为5%的醇溶液。
S5、将沉积于导电基片的TiO2半导体膜在醇溶液中浸泡8h,得表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜。将表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜在敏化剂溶液中浸泡8h,得基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极。
实施例2
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,与实施例1的不同之处在于:
S1中,镉源为氧化镉,硒源为氧化硒,预处理溶液中镉源的浓度为0.03mol/L,种子溶液中CdSe量子片核层材料的浓度为0.15mmol/L。
实施例3
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,与实施例1的不同之处在于:
S1中,镉源为摩尔比为1:1的十四烷酸镉和醋酸镉,硒源为摩尔比为1:1的氧化硒和硒粉,预处理溶液中镉源的浓度为0.08mol/L,种子溶液中CdSe量子片核层材料的浓度为0.08mmol/L。
实施例4
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,与实施例1的不同之处在于:
S2中,镉源为摩尔比为1:1的氧化镉和醋酸镉,量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液中镉源的浓度为0.05mol/L。
实施例5
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,与实施例1的不同之处在于:
S4中,敏化剂溶液中CdSe/CdTe量子阱的浓度为10-3mol/L,巯基烷酸为5-巯基戊酸,醇溶液中巯基烷酸的体积百分比为3%。
S5中,醇溶液中浸泡的时间为10h,敏化剂溶液中浸泡的时间为5h。
实施例6
一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,与实施例1的不同之处在于:
S4中,敏化剂溶液的溶剂为体积比1:2的庚烷和三氯甲烷,敏化剂溶液中CdSe/CdTe量子阱的浓度为2×10-4mol/L,巯基烷酸为11-巯基十一酸,醇溶液中巯基烷酸的体积百分比为8%。
S5中,醇溶液中浸泡的时间为5h,敏化剂溶液中浸泡的时间为12h。
试验例
对实施例1-6制得的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的界面电荷传输和复合速率、界面电荷分离效率及电池的光电转化效率进行测试,结果如表1所示。
表1性能测试表
由表1可知,本发明实施例提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的光阳极,其界面电子传输速率在几个至几十个皮秒,而界面电子复合速率在几百个纳秒,超快的电子传输和较慢的电子复合过程导致了其超高的界面电荷分离效率(近100%)。同时,超高的界面电荷分离效率和较弱的界面电荷复合作用使电池表现出较高的光电转化效率。
图3为本发明实施例1提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的TEM图,(a)为4个单分子层厚度(4ML)CdSe纳米片的TEM图,(b)为II型结构(Type II)CdSe/CdTe量子阱的TEM图。根据图3可知,合成的CdSe纳米片核层具有4个单分子层的厚度1.36nm,而CdTe壳层仅在CdSe核层的横向延展生长,合成的CdSe/CdTe纳米片的长宽高约为36nm×14nm×1.36nm,在厚度方向是量子限域的,表明其属于典型的量子阱材料。
图4为本发明实施例1提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的界面电荷传输和复合动力学过程光谱图,根据图4可知,一方面,Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱与TiO2半导体膜之间的界面电子传输速率快达约8ps,表明从CdSe/CdTe量子阱到TiO2半导体膜的界面电子传输过程十分顺畅。另一方面,与单纯的CdSe量子阱相比,Ⅱ型结构的CdSe/CdTe量子阱与TiO2半导体膜之间的界面电子复合速率减缓约20倍,这表明本发明提供的Ⅱ型结构CdSe/CdTe量子阱可以有效地抑制界面电子的复合过程。
图5为本发明实施例1提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的太阳能电池的J-V曲线图,根据图5可知,太阳能电池的开路电压为0.643V,短路电流为14mA/cm2,填充因子为68.9%,电池效率高达6.2%,其光电转化效率明显高于同样条件下基于常规量子点光阳极的太阳能电池。
综上,本发明实施例提供的基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极,具备吸光效率高、界面电荷分离效率高、界面电荷复合作用弱、光电转化效率高等优点。基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,其可控性好、成本低、适用范围广,制得的光阳极的光电转化效率高。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极,其特征在于,包括导电基片、吸附于所述导电基片的n型半导体膜、连接于所述n型半导体膜的巯基烷酸以及连接于所述巯基烷酸的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱,所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层,所述n型半导体膜的导带能级位于所述CdTe量子片壳层的导带能级和价带能级之间。
2.根据权利要求1所述的高效光阳极,其特征在于,所述n型半导体膜选自TiO2半导体膜、ZnO半导体膜或SnO2半导体膜中的一种。
3.根据权利要求1所述的高效光阳极,其特征在于,所述巯基烷酸选自3-巯基丙酸、5-巯基戊酸或11-巯基十一酸中的至少一种。
4.一种基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极的制备方法,其特征在于,包括:将沉积于导电基片的n型半导体膜于含有巯基烷酸的醇溶液中浸泡,得表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜,将所述表面连接有巯基烷酸的n型半导体膜于含有Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的敏化剂溶液中浸泡,得所述基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的高效光阳极。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述n型半导体膜选自TiO2半导体膜、ZnO半导体膜或SnO2半导体膜中的一种;
和/或,所述醇溶液中,所述巯基烷酸的体积百分比为3-8%;
和/或,所述巯基烷酸选自3-巯基丙酸、5-巯基戊酸或11-巯基十一酸中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述敏化剂溶液的溶剂选自正己烷、庚烷、甲苯或三氯甲烷中的至少一种;
和/或,所述敏化剂溶液中,所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的浓度为10-4-10-3mol/L。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱根据以下方法制得:将量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液在加热下与含CdSe量子片核层材料的种子溶液混合,得混合液;加热温度190-220℃的条件下,向所述混合液中滴加量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液进行反应,得到所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱;
可选地,所述量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液与所述种子溶液混合之前,将所述量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液在真空环境下以100-150℃的温度加热1-2h;
可选地,所述量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液的滴加速度为0.5-2mL/L,滴加完成后反应0.5-1.5h并用冰浴终止。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液为壳层材料镉源和油酸的十八烯溶液,所述壳层材料镉源包括十四烷酸镉、氧化镉或醋酸镉中的至少一种,所述量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液中所述壳层材料镉源的浓度为0.02-0.05mol/L;
和/或,所述量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液为碲粉和三辛基膦的十八烯溶液,所述量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液中所述碲粉的浓度为0.015-0.020mol/L;
和/或,所述种子溶液中所述CdSe量子片核层材料的浓度为0.06-0.18mmol/L;
和/或,所述种子溶液与所述量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液的体积比为1-2:10;
和/或,所述量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液与所述混合液的体积比为0.4-0.7:1。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述种子溶液根据以下方法制得:将量子阱CdSe核层材料镉源和量子阱CdSe核层材料硒源的十八烯溶液在真空环境下以100-150℃的温度加热1-2h,得预处理溶液;在惰性的气体保护下,将所述预处理溶液加热至190-220℃后添加乙酸镉水合物,升温至230-260℃反应5-30min后用冰浴终止,分离产品得所述CdSe量子片核层材料;将所述CdSe量子片核层材料分散于十八烯,得所述种子溶液。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述量子阱CdSe核层材料镉源选自十四烷酸镉、氧化镉或醋酸镉中的至少一种;
和/或,所述量子阱CdSe核层材料硒源选自氧化硒或硒粉中的至少一种;
和/或,所述预处理溶液中,所述量子阱CdSe核层材料镉源的浓度为0.02-0.1mol/L,所述量子阱CdSe核层材料镉源与所述量子阱CdSe核层材料硒源的摩尔比为1.8-2.2:1,所述量子阱CdSe核层材料硒源与所述乙酸镉水合物的摩尔比为0.8-1.2:1。
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