【摘要】：銅鋅錫硫系化合物納米材料與傳統(tǒng)光吸收層材料銅銦硒(CIS)、碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CIGS)相比，其組成元素自然界儲量豐富，不含有毒元素In、Ga、Cd等，擁有和CIGS相類似的光電性能，帶隙值可在1.0eV-1.6eV之間調(diào)節(jié)，并具有高吸收系數(shù)(可見光波段吸收系數(shù)104-105cm-1)，是一種理想的薄膜太陽能電池光吸收層材料。本論文主要研究了一種快速的合成技術(shù)—微波合成技術(shù)，來合成Cu2ZnSnS4(CZTS)納米晶，并利用室溫離子液體的獨特優(yōu)勢與微波合成技術(shù)相結(jié)合制備Cu2ZnSn(SxSe1-x)4(0≤x≤1)納米晶。對制得的銅鋅錫硫系納米晶進行了物相、結(jié)構(gòu)和性能分析，論文主要得到了以下結(jié)果: 1.油胺作溶劑,研究低、中、高三個功率下微波加熱制備出的CZTS納米晶的特征和性能，發(fā)現(xiàn)中火加熱7min時CZTS相開始形成，隨著反應(yīng)時間延長，不同條件下得到的樣品中雜質(zhì)逐漸減少，CZTS相的純度越來越高，樣品的晶粒尺寸較小。產(chǎn)物顆粒的形貌受微波功率的影響：中火功率反應(yīng)13min得到了大小均勻的球狀CZTS顆粒，平均粒徑約23.68nm；高火功率加熱13min所得樣品為均勻的板條狀結(jié)構(gòu)，條狀結(jié)構(gòu)長約400nm，條狀結(jié)構(gòu)由晶粒尺寸為10nm左右的小納米晶組。這兩種納米晶的光學(xué)禁帶寬度約為1.51eV和1.5eV，達(dá)到最優(yōu)。并推測了CZTS晶體的形成機理。本實驗過程簡單易操作，對設(shè)備要求低。 2.采用微波輔助離子液體法合成CZTS納米晶，溶劑選用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（BmimBF4）。此條件下的CZTS納米晶較油胺作溶劑制得的樣品結(jié)晶度更高，，純度更好，粒徑更大。不同條件下得到的納米晶的晶粒尺寸和光學(xué)禁帶寬度值隨著反應(yīng)時間的延長逐漸變大。并且觀察到中火功率下加熱2min得到的納米晶是一種碳包覆結(jié)構(gòu)的CZTS納米晶，晶粒尺寸為32.86nm，樣品的光學(xué)禁帶寬度計算值為1.5eV。本實驗在合成時間上取得了很大的進步，最佳加熱時間縮短到2min。 3.離子液體BmimBF4作溶劑時可以合成高結(jié)晶性的Cu2ZnSnSe4納米晶。中火功率下加熱2min制備出的Cu2ZnSnSe4納米晶的晶粒尺寸為27.1nm，光學(xué)帶隙值為1.2eV。在此實驗基礎(chǔ)上，引入不同含量的S和Se元素，通過微波輔助離子液體法成功制備出CZTSSe納米晶體，并對其進行了Raman、HRTEM、紫外可見光吸收測試，發(fā)現(xiàn)隨著S含量的增加，Raman圖譜上在拉曼頻移334cm-1處的峰強逐漸增高，（112）晶面對應(yīng)的晶面間距逐漸減小，晶體的光學(xué)禁帶寬度值從1.2eV增大到1.5eV。因此，我們制備出了組分可變、帶隙可調(diào)的CZTSSe納米晶體，為制備高效率的CZTSSe太陽能電池提供了理論依據(jù)。
[Abstract]:Compared with copper indium selenite (CIS), telluride (CdTe) and copper indium gallium selenium cadmium telluride (CdTe) and copper indium gallium selenium (CIGS), the nanomaterials of copper, zinc, tin and sulfur compounds have abundant natural reserves and do not contain toxic elements, such as In,Ga,Cd, etc., and have similar optoelectronic properties as CIGS. The band gap value can be adjusted between 1.0eV-1.6eV and has a high absorption coefficient (104-105cm-1). It is an ideal thin film solar cell photoabsorption layer material. In this paper, a rapid synthesis technique, microwave synthesis, was studied to synthesize Cu2ZnSnS4 (CZTS) nanocrystals. Cu2ZnSn (SxSe1-x) 4 (0 鈮

本文編號：2213141