CuInSe2和CuInS2材料的溶劑熱法制備與表征.pdf

1、近年來(lái)，薄膜太陽(yáng)能電池由于具有低成本、高性能等優(yōu)點(diǎn)而引起了人們的廣泛關(guān)注。CIS類Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料（主要包括CuInSe2和CuInS2等）是一種直接能帶隙化合物半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度與太陽(yáng)光譜有良好的匹配性。由于CIS材料具有較高的吸收系數(shù)、帶隙寬度可以通過(guò)摻雜調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定，并且具有優(yōu)良的抗干擾、抗輻射能力而成為太陽(yáng)能電池材料中最有發(fā)展前途的材料之一。
　　本文選用溶劑熱法，研究了不同的反應(yīng)條件對(duì)合成的CIS

2、粉體材料的形貌和物相的影響，并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了分析，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用溶劑熱合成方法，以乙二胺為反應(yīng)溶劑，以CuCl2·2H2O作為銅源，InCl3·4H2O作為銦源，Se粉為硒源，合成了CuInSe2粉末。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀多種測(cè)試手段對(duì)樣品的形貌、晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試了CuInSe2的光吸收性能。結(jié)果表明:以乙二胺為溶劑在160℃下反應(yīng)18h可以合成比較均勻的由

3、厚度為100 nm左右的納米片組成的花狀CuInSe2微晶?；钗⒕У钠骄睆酱蠹s為10μm左右，其在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有良好的吸收性。
　　(2)研究了不同的反應(yīng)條件（反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度）對(duì)CuInSe2產(chǎn)物的影響。結(jié)果顯示，在不同的反應(yīng)時(shí)間及不同的反應(yīng)溫度下反應(yīng)對(duì)產(chǎn)物的物相和形貌有很大的影響。在反應(yīng)時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)物是由雜亂的片狀物組成的;在反應(yīng)溫度較低時(shí)，可以看到產(chǎn)物的形貌是由花狀微球及少量納米片組成的，反應(yīng)溫度升高到180

4、℃后，其形貌又重新由雜亂的片狀物組成。根據(jù)形貌及物相的變化對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　(3)采用溶劑熱法合成CuInS2納米晶體，合成原料為CuCl2·2H2O、InCl3·4H2O、CH4N2S，所采用的溶劑分別為乙二醇、乙醇、乙二胺、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，研究不同的溶劑、反應(yīng)溫度、時(shí)間以及硫源對(duì)CuInS2納米晶體形貌和結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:在180℃時(shí)以乙二醇為溶劑反應(yīng)18h可以得到純凈的黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInS2

5、材料，不同的反應(yīng)條件下得到的產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)有很大的不同。在較低的反應(yīng)溫度或較短的反應(yīng)時(shí)間下合成的產(chǎn)物中會(huì)產(chǎn)生中間二元相，當(dāng)反應(yīng)溫度繼續(xù)升高或進(jìn)一步延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，二元相逐漸減少，得到較純的三元CuInS2產(chǎn)物，但反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)破壞產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu);溶劑亦是影響其形貌和結(jié)構(gòu)的重要因素;采用不同的原料作為硫源時(shí)，由于硫源在溶劑中的溶解速度不同從而釋放S2-的速度不同，使得產(chǎn)物呈現(xiàn)出不同的形貌。另外，添加表面活性劑可以有效的改善樣品的表面形貌。