多元金屬硫化物納米晶的合成及其涂覆薄膜的光電轉(zhuǎn)換性能.pdf

1、太陽能光電轉(zhuǎn)換利用是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的有效途徑。在各種光電轉(zhuǎn)換材料中，多元金屬硫化物薄膜以其轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)良性質(zhì)成為研發(fā)的熱點(diǎn)。采用納米晶涂覆法制備多元金屬硫化物薄膜具有易于化學(xué)計(jì)量調(diào)控、可大面積連續(xù)成膜、非真空和低成本等優(yōu)勢，具有良好的發(fā)展前景。
　　本論文研究了四種礦源豐富、環(huán)境友好的多元金屬硫化物納米晶的熱注射法合成及其涂覆薄膜的光電轉(zhuǎn)換性能，得到以下主要結(jié)果:
　　(1)首次合成了粒徑為8-11n

2、m且分散良好的Cu3BiS3納米晶。通過對不同反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)物的表征分析，確證了CuS2相和Bi2S3相為合成的中間產(chǎn)物。光吸收測試獲得Cu3BiS3納米晶的禁帶寬度為1.55 eV;光電導(dǎo)測試發(fā)現(xiàn)Cu3BiS3納米晶涂覆薄膜的光、暗電流比達(dá)到1.9，表明Cu3BiS3薄膜具有良好的光伏應(yīng)用潛力。
　　(2)首次合成了長方體狀的CuSbS2納米晶。其涂覆薄膜在可見光范圍內(nèi)的光吸收系數(shù)大于104 cm-1，禁帶寬度為1.41 eV。光電

3、化學(xué)測試表明CuSbS2薄膜電極產(chǎn)生了近0.1 mA/cm2的光生電流且穩(wěn)定性良好，同時(shí)在可見光范圍內(nèi)的入射光子-電子轉(zhuǎn)化效率(IPCE)值達(dá)到5％-15％。這些結(jié)果揭示了CuSbS2薄膜在太陽能光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域（太陽電池、光電化學(xué)池）應(yīng)用的良好前景。
　　(3)首次合成了粒徑為10-14nm的四元Cu2FeSnS4納米晶。根據(jù)不同反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)物的表征分析，闡明了從二元Cu-S相到三元CuFeS2相再到四元Cu2FeSnS4相的演變規(guī)律

4、。光吸收測試發(fā)現(xiàn)Cu2FeSnS4納米晶的禁帶寬度為1.28 eV。光電化學(xué)測試可知Cu2FeSnS4納米晶涂覆薄膜電極能產(chǎn)生顯著且穩(wěn)定的光生電流。這些結(jié)果初步表明Cu2FeSnS4薄膜用于太陽能光電轉(zhuǎn)換具備可行性。
　　(4)掌握了Cu2ZnSnS4(CZTS)納米晶合成、涂覆成膜及太陽電池器件制作的工藝。獲得的Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ZAO/Ag結(jié)構(gòu)CZTS太陽電池具有2.29％的光電轉(zhuǎn)化效率，并探討了器件效率損失