Cu2ZnSnS4納米晶熱注射法制備及性能研究.pdf

1、隨著對太陽能電池的研究和開發(fā)，廉價(jià)、高效的光電轉(zhuǎn)換材料越來越受到重視。銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4，CZTS)因其廉價(jià)、高效、無毒而成為環(huán)保的新型太陽能電池候選材料，近年來已成為國內(nèi)外科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)。
　　 四元化合物Cu2ZnSnS4具有下列優(yōu)點(diǎn):
　　 1）其所有元素在自然界的儲量豐富，不含貴金屬如In等，也不含有毒元素如Cd、Se等，對環(huán)境污染小;
　　 2）它的晶格結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)與Cu(In，Ga)

2、Se2極其相似，禁帶寬度為1.51 eV，與半導(dǎo)體太陽能電池所要求的最佳禁帶寬度(1.4-1.5 eV)十分接近;
　　 3）吸收系數(shù)高達(dá)104cm-1，適于太陽能電池薄膜化。因此，毋庸置疑，CZTS是最有發(fā)展?jié)摿Φ谋∧ぬ柲茈姵匚諏硬牧?，將成為下一代薄膜太陽能電池的主流產(chǎn)品之一。
　　 本文采用熱注射法合成Cu2ZnSnS4納米晶，研究了十二硫醇的加入量、反應(yīng)時(shí)間和注射溫度對合成Cu2ZnSnS4納米晶粒的形貌、大小

3、、尺寸分布和光學(xué)性質(zhì)的影響，采用X射線衍射(XRD)、拉曼光譜(RS)、透射電鏡(TEM)、紫外-可見光譜（UV-Vis）和X射線能量色散譜(EDS)對所合成Cu2ZnSnS4納米晶的組織結(jié)構(gòu)、微觀形貌及光學(xué)性能進(jìn)行了測試研究，獲得的主要結(jié)論如下:
　　 1、以乙酰丙酮銅(Cu(AcAc)2)、乙酸鋅(Zn(CH3COO)2)、氯化亞錫(SnCl2.2H2O)和升華硫（S粉）為原料，采用熱注射法合成了Cu2ZnSnS4納米晶，并

4、研究了不同的工藝條件下對合成的Cu2ZnSnS4納米晶的影響。
　　 2、研究了包裹劑十二硫醇對合成Cu2ZnSnS4納米晶的形貌、大小、粒徑分布的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在注射溫度為150℃，保溫時(shí)間為30 min的條件下，當(dāng)十二硫醇的加入量為0.32 ml時(shí)，合成的納米晶分散性良好、晶粒接近球形，粒徑分布都較為均勻，平均晶粒大小為16.49 nm，其化學(xué)組分為Cu2.37Zn0.46Sn1.27S3.89，所測得的光學(xué)帶隙為1.

5、55 eV。
　　 3、在十二硫醇的加入量一定時(shí)，當(dāng)注射溫度為150℃時(shí)，所制備的晶粒的形貌為塊狀、晶粒尺寸分布范圍為42-210 nm。當(dāng)注射溫度為180℃時(shí)，所制備的晶粒的形貌呈現(xiàn)塊狀、三邊形、近球形，六邊形等，晶粒尺寸大小分布范圍為12-26 nm。當(dāng)注射溫度為200℃時(shí)，所合成的晶粒尺寸分布范圍為10-24 nm。注射溫度為250℃時(shí)，晶粒團(tuán)聚嚴(yán)重，其形貌為花狀。
　　 4、確定了最佳合成Cu2ZnSnS4納米晶