【摘要】：銅鋅錫硫(Cu_2ZnSnS_4, CZTS)作為吸光層材料在下一代太陽能電池應用中具有良好的發(fā)展?jié)摿?該材料具有合適的禁帶寬度(～1.5eV),在可見光區(qū)有較高的吸光系數(shù)(104cm-1),具有相變特性,其組成元素在地殼儲量豐富、無毒、環(huán)境友好。但是CZTS和相關多元化合物半導體納米結構的制備通常采用高溫膠體溶液法,該方法涉及使用有機溶劑或長碳鏈有機分子,價格昂貴且對環(huán)境有污染。因此,發(fā)展綠色方法合成CZTS納米結構并實現(xiàn)其形貌和物相的調(diào)控具有重要意義。本論文中,我們發(fā)展一種綠色水熱法制備CZTS和Cu_2SnS_3(CTS)納米結構,并系統(tǒng)研究其光學和光電性能。主要結果如下:(1)首次報道通過一種“自上而下”的方式制備出六方纖鋅礦結構CZTS納米晶,該方法未使用任何有機溶劑。CZTS納米晶是通過Cu_2O納米方塊與Sn-MCC配合物水溶液及Zn~(2+)離子水溶液反應生成的,納米晶的尺寸為5±2 nm。研究表明,形成過程經(jīng)歷了 Cu_2O納米方塊→Cu_2-xS納米盒子→CZTS納米盒子→CZTS納米晶的演變過程。CZTS納米盒子的形成是由于“柯肯達爾效應”作用的結果,而CZTS納米晶的形成是酸刻蝕的效果。生長溶液pH值對所生成的CZTS的晶相具有重要影響,中性溶液有利于生成六方纖鋅礦結構CZTS,堿性溶液有利于生成四方閃鋅礦結構CZTS。所合成的六方纖鋅礦結構CZTS納米晶具有顯著的光致發(fā)光效應和光電效應,在低成本太陽能電池方面具有良好的應用前景。(2)通過Cu_2O納米方塊與Sn-MCC配合物水溶液反應首次制備了六方相CTS納米盒子,其形成過程經(jīng)歷了 Cu_2O→Cu_2-xS→CuS→CTS。納米盒子的形成是由于“柯肯達爾效應”作用的結果。通過退火處理,六方相CTS納米盒子會轉變成四方相CTS納米盒子。光學性能研究表明,六方相CTS納米盒子和四方相CTS納米盒子的禁帶寬度分別為1.4和1.2 eV。我們深入研究了 CTS納米盒子的光電化學特性,表明其在光解水制氫方面具有良好的發(fā)展。
[Abstract]:Copper, zinc, tin and sulfur (Cu_2ZnSnS_4, CZTS) have good development potential in the application of next generation solar cells as absorbent layer materials. This material has suitable band gap (1.5 EV), high absorption coefficient (104cm-1) in visible region, and phase transition characteristic. Its components are abundant in the crust, non-toxic and environmentally friendly. However, the preparation of semiconductor nanostructures of CZTS and related polycompounds is usually carried out by high-temperature colloidal solution method, which involves the use of organic solvents or long-chain organic molecules, which is expensive and pollutes the environment. Therefore, it is of great significance to develop green methods to synthesize CZTS nanostructures and control their morphology and phase. In this thesis, we developed a green hydrothermal method to prepare CZTS and Cu_2SnS_3 (CTS) nanostructures, and systematically studied their optical and optical properties. The main results are as follows: (1) Hexagonal wurtzite CZTS nanocrystals were prepared by a top-down method for the first time. The method does not use any organic solvent. CZTS nanocrystalline is formed by the reaction of Cu_2O nanometers with Sn-MCC complex aqueous solution and Zn~ (2) ion aqueous solution. The size of nanocrystalline is 5 鹵2 nm.. The results show that the formation process of CZTS nanocrystalline CZTS is due to the effect of "Kokkendal effect", and the formation process has experienced the evolution of CZTS nanocrystalline crystal. The formation of CZTS nanocrystals is the effect of acid etching. The pH value of the growth solution has an important influence on the crystal phase of the formed CZTS, and the neutral solution is favorable to the formation of hexagonal wurtzite structure CZTS, alkaline solution and the tetragonal sphalerite structure CZTS.. The synthesized hexagonal wurtzite CZTS nanocrystals have significant photoluminescence and photoelectric effects. (2) the hexagonal CTS nanobox was prepared by the reaction of Cu_2O nanobircle with Sn-MCC complex aqueous solution for the first time, and its formation process experienced Cu_2O Cu_2-xS Cu_2-xS CuS CTS. (2) Hexagonal CTS nanobox was prepared by the reaction of Cu_2O nanobircle with Sn-MCC complex aqueous solution for the first time in the field of low-cost solar cells. The nanobox was formed as a result of the Kokkendal effect. After annealing, the hexagonal CTS nanobox will be transformed into tetragonal CTS nanobox. The optical properties show that the band gap of hexagonal CTS nanobox and tetragonal CTS nano-box are 1.4 and 1.2 eV., respectively. The photochemical properties of CTS nanobox have been studied in detail. It is shown that CTS nanobox has a good development in the production of hydrogen by photolysis of water.
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN304;TB383.1

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本文編號：2207194