液相法制備銅鋅錫硫納米顆粒及其光電性能研究.pdf

1、硫族半導體是一種重要的半導體材料。近年來科研工作者對硫族半導體納米晶的合成、物理性質和其在很多方面的應用都進行了深入的研究。而銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4，CZTS)作為一種四元硫族化合物半導體，可以看作是鋅和錫以1∶1的比例取代CuInS2中的In而得到的。
　　CZTS材料的合成方法大致可分為:真空法和液相法。真空法主要是通過濺射或蒸發(fā)的方法來制備CZTS薄膜。這些方法大多需要較苛刻的實驗條件:如高溫高壓。這就導致該方法對設備

2、的要求較高，能耗也較高。為了降低成本，液相法得到了發(fā)展。因為納米晶墨水可以通過旋涂、滴涂、噴墨打印等方法直接成膜，不需要依賴大型的真空設備，從而降低了成本，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。所以不同形貌和結晶度的CZTS納米晶陸續(xù)被合成出來。
　　在本論文中我們用簡單的液相法合成了纖維鋅礦CZTS納米梭和球狀鋅黃錫礦CZTS納米顆粒。納米梭的長度為100-150 nm，寬度為30-40 nm，并研究了納米梭的光電性質，并將其鋪成薄膜嘗試應用于薄膜

3、太陽電池中。球狀CZTS納米顆粒的尺寸為300-500 nm，并將其應用作鋰離子電池其負極材料。本論文的工作主要包括以下幾個部分:
　　(1)我們用簡單的一鍋法在不需惰性氣體保護的條件下合成了亞穩(wěn)態(tài)的纖維鋅礦CZTS納米梭。用XRD，TEM和SEM對合成的CZTS納米梭的結構和形貌進行了表征。通過UV-vis吸收和反射光譜對納米梭的光學特性進行了表征，發(fā)現(xiàn)與CZTS納米晶相比CZTS納米梭在可見光區(qū)有較強的吸收。這可能是由于納米梭

4、薄膜具有較強的光陷阱效應，導致其對光的吸收更有效。我們還對CZTS的光電性質進行了探究。通過I-V測試和Hall效應測試，我們發(fā)現(xiàn)與CZTS納米晶相比CZTS納米梭的載流子濃度較高，電阻率較小。這些結果表明，CZTS納米梭有利于增加載流子濃度和提高電子傳輸。
　　(2)將CZTS納米梭配制成納米墨水，并用滴涂法鋪膜。將CZTS納米梭薄膜硒化得到CZTSe薄膜，并將其組裝成CZTSe薄膜太陽電池，并對電池的性能進行了I-V測試。由于

5、無法精確控制組裝過程中的工藝條件，致使電池的性能結果并不理想。所以想要制造低價高性能的光伏器件還有很長的路要走。
　　(3)我們用溶劑熱法合成了球狀300-500 nm的Cu2ZnSnS4(CZTS)納米顆粒。從SEM和TEM圖中我們發(fā)現(xiàn)較大的球狀CZTS納米顆粒是由更小的CZTS納米晶堆積而成的。CZTS納米顆粒作為鋰離子電池的負極材料時，在經(jīng)過多次循環(huán)后仍能夠保持較穩(wěn)定的Li+的插入/脫出過程。其電化學性能可以歸因于納米顆粒的