Cu-Zn-Sn-S系納米晶的溶液化學(xué)法合成及其薄膜應(yīng)用.pdf

1、CuZnSnS系納米晶的溶液化學(xué)法合成及系納米晶的溶液化學(xué)法合成及其薄膜應(yīng)用其薄膜應(yīng)用SynthesisofCuZnSnSnanocrystalsbysolutionchemicalmethodthethinfilmapplication一級(jí)學(xué)科：材料科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：鄭學(xué)榮指導(dǎo)教師：靳正國教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一二年十月摘要摘要具有理想禁帶寬度的IIIIVVI族半導(dǎo)體近年來引起了人們的廣泛關(guān)注，銅鋅錫硫（C

2、u2ZnSnS4）作為其中的一種半導(dǎo)體，由于其原料來源豐富、廉價(jià)且無毒、制造成本低、載流子濃度大等優(yōu)點(diǎn)使之成為近期研究熱點(diǎn)。半導(dǎo)體Cu2ZnSnS4的禁帶寬度為1.5eV，吸收系數(shù)大于4x104cm1，載流子濃度5x10156x1016cm3。作為太陽電池的吸收層，目前其光電轉(zhuǎn)換效率最高值達(dá)到了10.1%，是能夠替代銅銦鎵硒最有潛力的材料之一。本文采用二乙二醇和四乙二醇為溶劑，常壓下溶液化學(xué)法首先合成CuS、ZnS和SnS系三個(gè)二元系化

3、合物，然后將三種化合物的墨水進(jìn)行復(fù)合，經(jīng)過一定的熱處理來制備銅鋅錫硫薄膜。本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)在于合成制備過程都采用常規(guī)物質(zhì)加入，屬于綠色環(huán)保的化學(xué)合成；實(shí)驗(yàn)過程容易控制，設(shè)備簡單，合成成本低；化學(xué)組成可以通過調(diào)節(jié)墨水濃度來完成。通過研究回流溫度、回流時(shí)間、添加劑的量、溶劑種類等因素對(duì)二元系化合物的影響，制備出形貌可控、分散性好、粒徑分布均勻的二元化合物。通過具有不同特性的二元系化合物的復(fù)合，研究復(fù)合過程對(duì)四元系化合物薄膜的影響。在合成CuS系

4、納米晶時(shí)，常壓條件下以二乙二醇為溶劑，乙二胺和水合肼聯(lián)合做輔助劑時(shí)可以得到單一相的Cu1.75S。晶粒尺寸、結(jié)晶度、粒徑分布范圍都可以通過調(diào)劑輔助劑的量和回流溫度來實(shí)現(xiàn)。以四乙二醇為溶劑時(shí)，在不添加任何輔助劑的情況下，單獨(dú)通過調(diào)節(jié)溫度即可實(shí)現(xiàn)在低溫下合成單一六方相CuS納米片，在高溫下合成單一立方相Cu1.8S納米晶，而發(fā)生二者相轉(zhuǎn)變的注入溫度為240℃。隨著時(shí)間的延長，奧斯瓦爾德熟化過程使得小顆粒Cu1.8S納米晶逐漸變少，納米晶顆粒

5、分布趨于均勻。在合成ZnS系納米晶時(shí)，以二乙二醇為溶劑，采用氨水輔助時(shí)可以得到立方閃鋅礦硫化鋅，氨水的量為0.07molml時(shí)所得到的粒徑最小。分散劑PVP的添加量較多或者較少時(shí)都會(huì)導(dǎo)致粒子分散性變差，當(dāng)PVP的量為0.01gml時(shí)分散性最好。另外，反應(yīng)物濃度為0.02molL時(shí)納米晶分散性較好，沒有嚴(yán)重團(tuán)聚。在合成SnS系納米晶時(shí)，以二乙二醇為溶劑，以四氯化錫為錫源時(shí)，得到的是SnS2。PVP為極少量時(shí)，得到的是幾乎透明的納米片并伴有