溶劑熱合成技術(shù)制備銅鋅錫硫半導(dǎo)體薄膜.pdf

1、銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4,簡(jiǎn)稱CZTS)薄膜太陽(yáng)電池由于具有綠色環(huán)保、成本低廉和較高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)，已成為太陽(yáng)能電池研究的熱點(diǎn)之一。CZTS半導(dǎo)體薄膜作為CZTS薄膜太陽(yáng)電池的吸收層，對(duì)CZTS薄膜太陽(yáng)電池的質(zhì)量和性能起著重要作用，因此，展開對(duì)CZTS半導(dǎo)體薄膜的研究具有十分重要的意義和價(jià)值。
　　采用溶劑熱合成技術(shù)，以乙醇為溶劑，氯化鋅、氯化亞錫、氯化銅和硫脲為反應(yīng)劑，以草酸為還原劑，十六烷基三甲基溴化銨為陽(yáng)離子表面活

2、性劑，直接在透明導(dǎo)電玻璃襯底上制備Cu2ZnSnS4(CZTS)半導(dǎo)體薄膜。采用X射線衍射(XRD)、能量色散譜(EDS)、拉曼光譜、透射電鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和紫外-可見光譜研究了反應(yīng)溫度、氯化銅濃度、氯化鋅濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)CZTS半導(dǎo)體薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果總結(jié)如下:
　　1.在不同反應(yīng)溫度下制備出了具有鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS納米晶半導(dǎo)體薄膜。CZTS納米晶薄膜具有鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)，當(dāng)反應(yīng)溫

3、度從140℃逐漸升高到230℃時(shí)，納米晶的平均晶粒大小從4.25nm逐漸增加到13.17nm，禁帶寬度從1.76eV減小到1.53eV;同時(shí)，低溫下制備CZTS薄膜是由平均尺寸約450nm的類球形顆粒組成的，高溫下制備的薄膜逐步演變成由相互卷繞的納米紙構(gòu)成。
　　2.氯化銅濃度對(duì)所制備的CZTS薄膜純度影響較大。當(dāng)氯化銅濃度低于0.025M時(shí)，所生成的薄膜是純相的CZTS，當(dāng)氯化銅濃度大于0.0375M時(shí)，薄膜中出現(xiàn)Cu7S4雜相

4、。氯化銅濃度為0.025M時(shí)，所制備的CZTS薄膜較純相且結(jié)晶性最好，薄膜形貌是由很多相互卷繞厚度約10nm納米片組成，薄膜均勻致密。當(dāng)氯化銅濃度為其他值時(shí)，薄膜是由許多不規(guī)則大小不一的塊狀顆粒組成，薄膜不是很致密，且在襯底上沉積很不均勻;隨著氯化銅濃度逐漸增加，CZTS薄膜的禁帶寬度逐漸減小。
　　3.不同氯化鋅濃度下制備出了純相的鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS薄膜;氯化鋅濃度對(duì)CZTS薄膜的表面形貌影響不大，在不同濃度下制備的CZTS薄

5、膜都由相互卷繞的納米片組成的，這些納米片均勻分布在FTO襯底上;當(dāng)氯化鋅濃度低于0.0625M時(shí)，所制備的CZTS薄膜樣品在紫外和可見光波段的透射率低于20％，對(duì)光的吸收比較強(qiáng)。不同氯化鋅濃度下制各的CZTS薄膜樣品禁帶寬度都較為接近太陽(yáng)電池最佳帶隙。
　　4.在不同反應(yīng)時(shí)間下生成的薄膜都為純相的鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS薄膜。隨著反應(yīng)時(shí)間的逐漸增加，薄膜的結(jié)晶性逐漸增強(qiáng)，平均晶粒尺寸也隨之增大。反應(yīng)時(shí)間對(duì)CZTS薄膜形貌影響不大，薄膜