本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硒化亞銅納米管及其制備方法、太陽能電池。

背景技術(shù)：

硒化亞銅是一種過渡金屬硫族化合物。在納米尺寸基本晶格中，銅原子和硒原子以高度共價狀態(tài)存在，硒原子構(gòu)成規(guī)則晶格的框架，而銅原子是無序的，像液體一樣運動，在硒原子晶格中隨機占據(jù)位置。這種特殊的晶格結(jié)構(gòu)使得該種材料具有表面積較大、表面原子比例高、量子約束效應(yīng)等特點，并且銅原子和硒原子的化學計量比也能根據(jù)不同的納米結(jié)構(gòu)調(diào)控，展現(xiàn)出優(yōu)于塊體材料的特性。

一維硒化亞銅納米材料具有許多一維半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)獨特的性質(zhì)，包括不對稱結(jié)構(gòu)、固有偏振各向異性和能帶電子輸運等。近年來，大量的研究工作致力于控制合成高質(zhì)量的管狀硒化亞銅納米結(jié)構(gòu)，但是，目前大多數(shù)合成硒化亞銅納米管的方法依賴于高溫或者復(fù)雜的合成過程，這使得硒化亞銅納米管的生產(chǎn)成本較高，不利于應(yīng)用推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種硒化亞銅納米管及其制備方法、太陽能電池。

第一方面，本發(fā)明提供一種硒化亞銅納米管制備方法，該方法在室溫下實現(xiàn)，包括如下步驟：

s1，通過硫酸銅溶液和硼酸溶液混合配制電化學沉積液，并調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值為1至4。

s2，利用所述電化學沉積液，采用標定孔徑的氧化鋁硬模版沉積制備銅納米線，其中，沉積電壓為-1至1v。

s3，分別采用naoh溶液和去離子水對所述銅納米線進行洗滌，并干燥。

s4，將經(jīng)干燥的銅納米線置于無水乙醇溶液中，并加入0.0004至0.035g硒粉、1.1至94μl巰基溶液和1至44μl的7mol/l的naoh溶液，攪拌，靜置，獲得硒化亞銅納米管。

具體地，s1中所述硫酸銅溶液的濃度為90g/l，所述硼酸溶液的濃度為45g/l。

具體地，s1中通過加入0.1mol/l的稀硫酸調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值。

具體地，s2中所述氧化鋁硬模版的孔徑小于或等于200nm。

具體地，s3中所述naoh溶液的質(zhì)量濃度為1％至10％。

具體地，s4中所述無水乙醇溶液的體積為0.2至14.4ml。

具體地，s4中所述巰基溶液為巰基乙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、十二硫醇、巰基乙酸、3-巰基丙酸或巰基乙胺。

具體地，所述室溫為15至25℃。

第二方面，本發(fā)明還提供一種硒化亞銅納米管，所述硒化亞銅納米管采用上述制備方法制得。

第三方面，本發(fā)明還提供一種太陽能電池，包括由如上所述的硒化亞銅納米管制備的對電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)在室溫下便可合成硒化亞銅納米管，制備工藝相對簡單，主要包括通過電化學沉積法制備不同直徑的銅納米線，以及以銅納米線為模板，通過濕化學法合成硒化亞銅納米管的步驟，且作為主要反應(yīng)物的銅和硒粉較為廉價，設(shè)備成本也較低，可大幅降低生產(chǎn)成本和能量消耗。另外，由于可制備不同可控尺寸的硒化亞銅納米管，使其適于多種應(yīng)用。

2)采用上述硒化亞銅納米管作為對電極的量子點敏化太陽能電池具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例制備的不同直徑的硒化亞銅納米管的x射線衍射圖；

圖2為本發(fā)明實施例制備的不同直徑的銅納米線(a-f)與對應(yīng)硒化亞銅納米管(g-l)的掃描電子顯微鏡圖；

圖3為本發(fā)明實施例制備的硒化亞銅納米管的低溫氮氣吸附和脫附等溫線示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例1

本實施例提供一種硒化亞銅納米管制備方法，該方法在室溫條件15至25℃下實現(xiàn)，包括如下步驟：

s1，通過濃度為90g/l的硫酸銅溶液和濃度為45g/l的硼酸溶液混合配制電化學沉積液，并加入0.1mol/l的稀硫酸調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值為2.5。

s2，利用所述電化學沉積液，采用160至200nm孔徑的氧化鋁硬模版沉積制備銅納米線，其中，沉積電壓為-0.2v。

s3，分別采用質(zhì)量濃度為5％的naoh溶液和去離子水對制得的160至200nm直徑的銅納米線進行洗滌，并干燥。

s4，將經(jīng)干燥的銅納米線置于14.4ml無水乙醇溶液中，并加入0.035g硒粉、94μl巰基溶液和44μl的7mol/l的naoh溶液，攪拌，靜置，獲得內(nèi)徑為200nm且外徑為1μm的硒化亞銅納米管，其中，所述巰基溶液為巰基乙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、十二硫醇、巰基乙酸、3-巰基丙酸或巰基乙胺。

實施例2

本實施例提供一種硒化亞銅納米管制備方法，該方法在室溫條件15至25℃下實現(xiàn)，包括如下步驟：

s1，通過濃度為90g/l的硫酸銅溶液和濃度為45g/l的硼酸溶液混合配制電化學沉積液，并加入0.1mol/l的稀硫酸調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值為1。

s2，利用所述電化學沉積液，采用110至150nm孔徑的氧化鋁硬模版沉積制備銅納米線，其中，沉積電壓為-1v。

s3，分別采用質(zhì)量濃度為1％的naoh溶液和去離子水對制得的110至150nm直徑的銅納米線進行洗滌，并干燥。

s4，將經(jīng)干燥的銅納米線置于12.5ml無水乙醇溶液中，并加入0.03g硒粉、79μl巰基溶液和37μl的7mol/l的naoh溶液，攪拌，靜置，獲得內(nèi)徑為120nm且外徑為600nm的硒化亞銅納米管，其中，所述巰基溶液為巰基乙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、十二硫醇、巰基乙酸、3-巰基丙酸或巰基乙胺。

實施例3

本實施例提供一種硒化亞銅納米管制備方法，該方法在室溫條件15至25℃下實現(xiàn)，包括如下步驟：

s1，通過濃度為90g/l的硫酸銅溶液和濃度為45g/l的硼酸溶液混合配制電化學沉積液，并加入0.1mol/l的稀硫酸調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值為4。

s2，利用所述電化學沉積液，采用80至100nm孔徑的氧化鋁硬模版沉積制備銅納米線，其中，沉積電壓為1v。

s3，分別采用質(zhì)量濃度為10％的naoh溶液和去離子水對制得的80至100nm直徑的銅納米線進行洗滌，并干燥。

s4，將經(jīng)干燥的銅納米線置于11.4ml無水乙醇溶液中，并加入0.027g硒粉、72μl巰基溶液和34μl的7mol/l的naoh溶液，攪拌，靜置，獲得內(nèi)徑為90nm且外徑為400nm的硒化亞銅納米管，其中，所述巰基溶液為巰基乙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、十二硫醇、巰基乙酸、3-巰基丙酸或巰基乙胺。

實施例4

本實施例提供一種硒化亞銅納米管制備方法，該方法在室溫條件15至25℃下實現(xiàn)，包括如下步驟：

s1，通過濃度為90g/l的硫酸銅溶液和濃度為45g/l的硼酸溶液混合配制電化學沉積液，并加入0.1mol/l的稀硫酸調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值為2.5。

s2，利用所述電化學沉積液，采用40至70nm孔徑的氧化鋁硬模版沉積制備銅納米線，其中，沉積電壓為-0.2v。

s3，分別采用質(zhì)量濃度為5％的naoh溶液和去離子水對制得的40至70nm直徑的銅納米線進行洗滌，并干燥。

s4，將經(jīng)干燥的銅納米線置于11.1ml無水乙醇溶液中，并加入0.026g硒粉、70μl巰基溶液和33μl的7mol/l的naoh溶液，攪拌，靜置，獲得內(nèi)徑為60nm且外徑為200nm的硒化亞銅納米管，其中，所述巰基溶液為巰基乙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、十二硫醇、巰基乙酸、3-巰基丙酸或巰基乙胺。

實施例5

本實施例提供一種硒化亞銅納米管制備方法，該方法在室溫條件15至25℃下實現(xiàn)，包括如下步驟：

s1，通過濃度為90g/l的硫酸銅溶液和濃度為45g/l的硼酸溶液混合配制電化學沉積液，并加入0.1mol/l的稀硫酸調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值為2.5。

s2，利用所述電化學沉積液，采用20至30nm孔徑的氧化鋁硬模版沉積制備銅納米線，其中，沉積電壓為-0.2v。

s3，分別采用質(zhì)量濃度為5％的naoh溶液和去離子水對制得的40至70nm直徑的銅納米線進行洗滌，并干燥。

s4，將經(jīng)干燥的銅納米線置于8.4ml無水乙醇溶液中，并加入0.02g硒粉、53μl巰基溶液和25μl的7mol/l的naoh溶液，攪拌，靜置，獲得內(nèi)徑為30nm且外徑為100nm的硒化亞銅納米管，其中，所述巰基溶液為巰基乙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、十二硫醇、巰基乙酸、3-巰基丙酸或巰基乙胺。

實施例6

本實施例提供一種硒化亞銅納米管制備方法，該方法在室溫條件15至25℃下實現(xiàn)，包括如下步驟：

s1，通過濃度為90g/l的硫酸銅溶液和濃度為45g/l的硼酸溶液混合配制電化學沉積液，并加入0.1mol/l的稀硫酸調(diào)節(jié)所述電化學沉積液的ph值為2.5。

s2，利用所述電化學沉積液，采用孔徑小于20nm的氧化鋁硬模版沉積制備銅納米線，其中，沉積電壓為-0.2v。

s3，分別采用質(zhì)量濃度為5％的naoh溶液和去離子水對制得的直徑小于20nm的銅納米線進行洗滌，并干燥。

s4，將經(jīng)干燥的銅納米線置于0.2ml無水乙醇溶液中，并加入0.0004g硒粉、1.1μl巰基溶液和1μl的7mol/l的naoh溶液，攪拌，靜置，獲得內(nèi)徑為15nm且外徑為50nm的硒化亞銅納米管，其中，所述巰基溶液為巰基乙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、十二硫醇、巰基乙酸、3-巰基丙酸或巰基乙胺。

如圖1所示，對比硒化亞銅標準卡片，通過上述實施例制得的不同直徑的硒化亞銅納米管在x射線衍射圖譜中廣角部分(2θ＝20°-80°)衍射峰均非常清晰，而且沒有其他雜相的衍射峰出現(xiàn)，說明所得硒化亞銅納米管純度較高。

如圖2所示，通過上述實施例制得的不同直徑的硒化亞銅納米管和對應(yīng)不同直徑銅納米線的掃描電子顯微鏡圖，可以看到，各種直徑的硒化亞銅納米管形貌均一，硒化亞銅納米管內(nèi)徑與銅納米線直徑匹配，表面具有層狀結(jié)構(gòu)，而且也可表明硒化亞銅納米管是以銅納米線為模板生長成中空的管狀結(jié)構(gòu)。其中，圖2中a-f為不同直徑的銅納米線，g-l為對應(yīng)的不同直徑的硒化亞銅納米管。

如圖3所示，為上述實施例制得的硒化亞銅納米管的低溫氮氣吸附和脫附等溫線，可以計算得到硒化亞銅納米管比表面積為每克13.34平方米，孔體積為每克0.11立方米，說明其具有較高的比表面積。

實施例7

本實施例提供一種太陽能電池，其包括由如上所述的硒化亞銅納米管制備的對電極。

表1為由硒化亞銅納米管(實施例1)對電極組裝的量子點敏化太陽能電池的光伏性能參數(shù)測試表。

表1

通過表1可知，本發(fā)明制得的硒化亞銅納米管具有優(yōu)良的電導(dǎo)率、抗腐蝕性和吸附性能，以硒化亞銅納米管作為對電極，能夠提高量子點敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率至5.0％，這比相同條件下利用貴金屬金對電極組裝的量子點敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率高9.6％。

讀者應(yīng)理解，在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。