微波輔助合成銅鋅錫硫系納米材料及其性能研究.pdf

1、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(CIG S)相比，其組成元素自然界儲(chǔ)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1.0 eV-1.6 eV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，

2、并利用室溫離子液體的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)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(duì)制得的銅鋅錫硫系納米晶進(jìn)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(gè)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7 min時(shí)CZTS相開始形成，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，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

3、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23.68 nm;高火功率加熱13 min所得樣品為均勻的板條狀結(jié)構(gòu)，條狀結(jié)構(gòu)長(zhǎng)約400 nm，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1.51 eV和1.5 eV，達(dá)到最優(yōu)。并推測(cè)了CZTS晶體的形成機(jī)理。本實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單易操作，對(duì)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

4、-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(shí)間的延長(zhǎng)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32.86 nm，樣品的光學(xué)禁帶寬度計(jì)算值為1.5 eV。本實(shí)驗(yàn)在合成時(shí)間上取得了很大的進(jìn)步，最佳加熱時(shí)間縮短到2min。
　　3.離子液體BmimBF

5、4作溶劑時(shí)可以合成高結(jié)晶性的Cu2ZnSnSe4納米晶。中火功率下加熱2 min制備出的Cu2ZnSnSe4納米晶的晶粒尺寸為27.1nm，光學(xué)帶隙值為1.2 eV。在此實(shí)驗(yàn)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(duì)其進(jìn)行了Raman、HRTEM、紫外可見光吸收測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著S含量的增加，Raman圖譜上在拉曼頻移334 cm-1處的峰強(qiáng)逐漸增高，(112)晶面對(duì)應(yīng)的晶面間距逐漸減小，