摘 要

人们对化石能源的依赖和过度使用使得化石能源消耗殆尽。化石燃料的大量使用给人类生存环境带来的问题日益凸显，人类解决环境问题，寻找替代能源的任务迫在眉睫。太阳能的利用研究一直是研究者们研究的热点。量子点具有量子尺寸效应，超快电子传导、多激子激发、空穴传输率高，光稳定性强等物理效应，在新型量子点太阳能电池中有广泛的应用。通过量子点表面修饰改性更能优化其性能。

本文利用热注入法制备Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点，用相应配体交换的方法对Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点表面进行不同类型的配体交换。实验用到的不同类型的配体有：铯铅碘(CsPbI₃)、3-巯基丙酸(MPA)、1,2-乙二硫醇(EDT)、TBAI。通过相应配体交换的方法将制备出的量子点表面长烷基配体（油胺）替换成短配体，再利用紫外—可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪等相关性能测试表征不同表面配体的Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点的物理化学性质，分析实验数据，得出不同配体对量子点理化性质的影响结论。

关键词：Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点；配体交换；太阳能电池；

Abstract

Fossil energy almost runs out as a result of people’s dependence and overuse of it. The problems of human environment caused by tremendous use of fossil fuels has become increasingly prominent. Therefore, it is urgent for human beings to cope with the environmental problems by finding alternative energy sources. The utilization of solar energy has always been a research hotspot for researchers. Quantum dots have the effect of quantum size, the quality of ultra-fast electron conduction, multi-exciton excitation and high hole transmission rate, the effect of strong optical stability and other physical effects. They have been widely used in new quantum dot solar cells and their function can be better optimized by surface modification.

In this paper, Cu₁₂Sb₄S₁₃ quantum dots were fabricated by thermal injection method. Different kinds of ligand exchange were carried out on the surface of Cu₁₂Sb₄S₁₃ quantum dots by corresponding ligand exchange method. The different ligands used in the experiment are: cesium lead iodine (CsPbI₃), 3-mercaptopropionic acid (MPA), 1,2-ethylene mercaptan (EDT), TBAI. The long alkyl ligands (oleamine) on the surface of QDs were replaced by short ligands by corresponding ligand exchange method. The physical and chemical properties of Cu₁₂Sb₄S₁₃ QDs with different surface ligands were characterized by ultraviolet-visible absorption spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and X-ray diffraction. Then we can drew a conclusion on the basis of the experimental data about the effect of different ligands on the physical and chemical properties of quantum dots.

Key Words：Cu₁₂Sb₄S₁₃ quantum dots；ligand exchange；solar cells

目 录

第1章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 量子点 1

1.2.1 量子点研究现状 2

1.2.2 量子点表面修饰 3

1.3 Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点 3

1.3.1 Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点结构与特性 4

1.3.2 Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点的研究现状 4

1.4 选题目的、意义及研究的内容 5

1.4.1 选题目的与意义 5

1.4.2 论文主要研究内容 5

第2章 实验部分 7

2.1 实验试剂与仪器 7

2.1.1 实验试剂 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点的制备 8

2.3 Cu₁₂Sb₄S₁₃量子点表面配体交换 10

2.3.1 铯铅碘(CsPbI₃)配体交换 10

2.3.2 巯基丙酸(MPA)配体交换 10

2.3.3 乙二硫醇(EDT)配体交换 11

2.3.4 四丁基碘化铵(TBAI)配体交换 11

2.4 测试方法 12

2.4.1 X射线衍射(X-ray Diffraction，XRD)分析 12

2.4.2 紫外—可见光谱(UV-vis)测试 13

2.4.3 光致发光光谱(PL)测试 13

2.4.4 傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试 13

第3章 测试结果分析 14

3.1 MPA配体交换 14

3.1.1 XRD分析 14

3.1.2 UV-vis分析 15

3.1.3 FTIR分析 15

3.1.4 PL分析 16

3.2 CsPbI₃配体交换 16

3.2.1 XRD分析 16

3.2.2 PL分析 17

3.3 EDT配体交换 18

3.3.1 XRD分析 18

3.4 小结 18

第4章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 23

第1章 绪 论

1.1 研究背景

近几十年来，人类社会生产力不断提高，社会工业化程度不断加强，人们对化石能源的依赖逐步加重。根据世界银行数据库发出的报告来看，中国的CO₂排放量从1990年的10.66万吨增至2012年的211.76万吨^[1]，人们对化石能源的依赖和过度使用使得化石能源消耗殆尽。化石燃料的大量使用给人类生存环境带来的问题日益凸显，几十年里，能源问题成为人类面临的十大全球性问题之首，能源作为人类社会可持续发展的动力，解决能源问题的紧迫性引起了各国政府和科学家的极大关注，人类寻找替代能源的任务迫在眉睫。太阳能是一种无污染、能量高、来源丰富的新型能源^[2]，且利用太阳能的过程不会产生污染。因此，如何有效地利用太阳能成为解决能源问题的主要途径之一，也是各研究者们探究的热门。

太阳能电池能够有效利用太阳能。传统的硅太阳能电池虽然已经发展了数十年，但由于硅材料的纯化工艺难且成本高、硅器件的制备过程复杂等原因，硅太阳能电池价格仍十分昂贵，无法得到大规模的市场应用。近年来，研究者们对染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等新型太阳能电池的研究使得新型太阳电池飞速发展。

与市面上传统硅太阳能电池中硅的光吸收率较低，理论转换效率低，且制备应用成本高等问题相比，量子点太阳能电池因其能量转化效率高、吸收光谱范围可调、电子传导快、空穴传输率高、多激子激发、光稳定性强等物理效应，在生命科学与太阳能电池等领域有着重要研究意义。