溶劑熱合成技術(shù)制備銅鋅錫硫半導體薄膜.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4,簡稱CZTS)薄膜太陽電池由于具有綠色環(huán)保、成本低廉和較高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點,已成為太陽能電池研究的熱點之一。CZTS半導體薄膜作為CZTS薄膜太陽電池的吸收層,對CZTS薄膜太陽電池的質(zhì)量和性能起著重要作用,因此,展開對CZTS半導體薄膜的研究具有十分重要的意義和價值。
  采用溶劑熱合成技術(shù),以乙醇為溶劑,氯化鋅、氯化亞錫、氯化銅和硫脲為反應劑,以草酸為還原劑,十六烷基三甲基溴化銨為陽離子表面活

2、性劑,直接在透明導電玻璃襯底上制備Cu2ZnSnS4(CZTS)半導體薄膜。采用X射線衍射(XRD)、能量色散譜(EDS)、拉曼光譜、透射電鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和紫外-可見光譜研究了反應溫度、氯化銅濃度、氯化鋅濃度和反應時間對CZTS半導體薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌和光學性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果總結(jié)如下:
  1.在不同反應溫度下制備出了具有鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS納米晶半導體薄膜。CZTS納米晶薄膜具有鋅黃錫礦結(jié)構(gòu),當反應溫

3、度從140℃逐漸升高到230℃時,納米晶的平均晶粒大小從4.25nm逐漸增加到13.17nm,禁帶寬度從1.76eV減小到1.53eV;同時,低溫下制備CZTS薄膜是由平均尺寸約450nm的類球形顆粒組成的,高溫下制備的薄膜逐步演變成由相互卷繞的納米紙構(gòu)成。
  2.氯化銅濃度對所制備的CZTS薄膜純度影響較大。當氯化銅濃度低于0.025M時,所生成的薄膜是純相的CZTS,當氯化銅濃度大于0.0375M時,薄膜中出現(xiàn)Cu7S4雜相

4、。氯化銅濃度為0.025M時,所制備的CZTS薄膜較純相且結(jié)晶性最好,薄膜形貌是由很多相互卷繞厚度約10nm納米片組成,薄膜均勻致密。當氯化銅濃度為其他值時,薄膜是由許多不規(guī)則大小不一的塊狀顆粒組成,薄膜不是很致密,且在襯底上沉積很不均勻;隨著氯化銅濃度逐漸增加,CZTS薄膜的禁帶寬度逐漸減小。
  3.不同氯化鋅濃度下制備出了純相的鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS薄膜;氯化鋅濃度對CZTS薄膜的表面形貌影響不大,在不同濃度下制備的CZTS薄

5、膜都由相互卷繞的納米片組成的,這些納米片均勻分布在FTO襯底上;當氯化鋅濃度低于0.0625M時,所制備的CZTS薄膜樣品在紫外和可見光波段的透射率低于20%,對光的吸收比較強。不同氯化鋅濃度下制各的CZTS薄膜樣品禁帶寬度都較為接近太陽電池最佳帶隙。
  4.在不同反應時間下生成的薄膜都為純相的鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS薄膜。隨著反應時間的逐漸增加,薄膜的結(jié)晶性逐漸增強,平均晶粒尺寸也隨之增大。反應時間對CZTS薄膜形貌影響不大,薄膜

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