Cu2ZnSnS4納米結(jié)構(gòu)的形貌調(diào)控振動(dòng)特性研究.pdf

1、Cu2ZnSnS4（CZTS）基太陽(yáng)能電池的光電特性強(qiáng)烈依賴于CZTS的晶格結(jié)構(gòu)、化學(xué)計(jì)量比、雜質(zhì)、表面缺陷、二元相以及形貌等因素，這些因素很大程度上會(huì)影響CZTS的振動(dòng)特性。因此，為了進(jìn)一步提高其光電性能，有必要對(duì)CZTS納米結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性進(jìn)行深入研究。據(jù)我們所知，CZTS的形貌調(diào)控振動(dòng)特性目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。本文利用三種不同方法制備出三種形貌的CZTS納米結(jié)構(gòu)，研究了三種不同形貌CZTS納米結(jié)構(gòu)和其振動(dòng)特性的關(guān)系，以期通過(guò)形貌調(diào)

2、控其振動(dòng)特性，具體內(nèi)容如下：
　　(1)利用溶劑熱方法，合成了CZTS納米顆粒。以CuCl, ZnCl2, SnCl4·5H2O和S粉為前驅(qū)物，用乙二胺作溶劑，成功地合成了CZTS納米顆粒。采用X射線粉末衍射(XRD)， X射線光電子能譜儀(XPS），場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)，高倍透射電子顯微鏡（HRTEM）和電子衍射圖（SAED）對(duì)其進(jìn)行表征。結(jié)果表明，合成的CZTS為團(tuán)簇狀納米顆粒，粒子尺寸為10-20nm。

3、>　　(2)發(fā)展了一種簡(jiǎn)易的spin coating方法，并利用它合成了CZTS納米棒。首先將Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲前驅(qū)物充分溶解在二甲基亞砜中，形成淡黃色前驅(qū)體溶液；在Mo/SLG襯底上勻速滴下前驅(qū)體溶液并在700rpm轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)10-20s，停止滴液；然后讓涂有前驅(qū)體溶液的Mo/SLG襯底在轉(zhuǎn)速1400rpm旋轉(zhuǎn)20-30s；將經(jīng)過(guò)二次旋涂的Mo/SLG襯底在空氣中420oC下退火；旋

4、涂和退火過(guò)程是一個(gè)循環(huán)，循環(huán)7次后，在Mo/SLG襯底上成功制備 CZTS納米棒。利用 XRD、XPS、FE-SEM、HRTEM和 SAED對(duì)樣品的物相和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示絕大部分CZTS納米棒垂直于襯底生長(zhǎng)，少部分納米棒和襯底成一定角度，直徑分布范圍為20-200納米，長(zhǎng)度從幾百納米到2微米左右。結(jié)合相應(yīng)的SAED圖可知，所制得的CZTS納米棒是單晶。系統(tǒng)地研究了退火溫度、循環(huán)次數(shù)、前驅(qū)體溶液的濃度和轉(zhuǎn)速等因素對(duì)CZTS納米棒生長(zhǎng)

5、的影響。
　　(3)利用溶液法制備了ZnO/CdS/CZTS納米棒陣列。按照本課題組以前的工作，首先利用水熱法在Si襯底上制備了ZnO納米棒陣列，然后通過(guò)連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)法將CdS沉積到ZnO納米棒陣列上，形成ZnO/CdS芯/鞘納米棒陣列，最后將ZnO/CdS芯/鞘納米棒陣列浸入溶有Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O以及硫脲的無(wú)水二甲亞砜溶液，數(shù)分鐘后取出，在氮?dú)夥諊峦嘶?，自然冷卻至室溫，即得

6、ZnO/CdS/CZTS異質(zhì)結(jié)納米棒陣列。運(yùn)用XRD、XPS、FE-SEM、HRTEM和SAED進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CZTS納米顆粒成功包覆著ZnO/CdS芯/鞘結(jié)構(gòu)，CZTS納米顆粒的直徑約為10nm，晶面間距0.317nm與四方結(jié)構(gòu)的CZTS的（112）面相一致。結(jié)合對(duì)應(yīng)的SAED圖可以發(fā)現(xiàn)，與ZnO和CdS的單晶結(jié)構(gòu)不同，CZTS鞘層是多晶結(jié)構(gòu)。
　　(4)利用Raman譜研究了CZTS基納米材料的形貌和振動(dòng)特性的關(guān)系。CZTS納

7、米顆粒、CZTS納米棒和ZnO/CdS/CZTS異質(zhì)結(jié)納米棒陣列的室溫Raman譜均顯示一個(gè)峰，分別位于329、330和336cm-1處，歸屬為CZTS的A聲子模。并未觀察到其它二元相或雜質(zhì)的特征峰，表明制得的CZTS納米結(jié)構(gòu)是單一純相。和CZTS薄膜相比，這三種形貌CZTS的A聲子模的峰位均發(fā)生紅移且半高寬寬化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CZTS的A聲子模隨形貌的變化比隨尺寸的變化更加敏感，即通過(guò)形貌變化可以調(diào)控其振動(dòng)特性。為了探究A聲子模紅移和