Cu2ZnSnS4及其氧化物復(fù)合納米材料的制備與光電性能研究.pdf

1、能源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)今人類社會(huì)所面臨的兩個(gè)主要問(wèn)題，解決這些問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。太陽(yáng)能作為一種重要的清潔能源，由于其儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜、無(wú)污染等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為未來(lái)解決能源危機(jī)的一種最具潛力的新型能源。太陽(yáng)能電池技術(shù)和光催化技術(shù)在太陽(yáng)能的有效利用和生產(chǎn)實(shí)踐中有著十分重要的地位。作為一種重要的光吸收層材料和光催化劑，硫?qū)倩衔顲U2ZnSnS4在薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域和光催化領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。并且，Cu2ZnSnS4是

2、一種p型窄禁帶半導(dǎo)體，具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，吸光系數(shù)達(dá)到了104cm-1，但是將Cu2ZnSnS4與其他半導(dǎo)體復(fù)合以制作成PN結(jié)來(lái)提高半導(dǎo)體光吸收能力和光生載流子分離能力的報(bào)道卻很少。因此，對(duì)于Cu2ZnSnS4與其他半導(dǎo)體復(fù)合的研究以及對(duì)復(fù)合半導(dǎo)體性質(zhì)的研究有著重要的意義。
　　 在本論文中，我們以Cu2ZnSnS4作為對(duì)象研究了Cu2ZnSnS4的制備方法及生長(zhǎng)過(guò)程，并詳細(xì)研究了不同生長(zhǎng)條件對(duì)其形貌及微結(jié)構(gòu)的影響關(guān)系;通過(guò)將C

3、u2ZnSnS4同其他n型氧化物半導(dǎo)體復(fù)合，制備了Cu2ZnSnS4/氧化物復(fù)合異質(zhì)PN結(jié)材料，并詳細(xì)研究了制備方法、能帶匹配以及反應(yīng)條件對(duì)光電性能的影響。
　　 本論文主要內(nèi)容如下:
　　 在第一章中，我們首先介紹了在太陽(yáng)能利用方面有重要地位的太陽(yáng)能電池技術(shù)和太陽(yáng)能光催化技術(shù)，并簡(jiǎn)要介紹了Cu2ZnSnS4目前的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題;其次，從半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的角度出發(fā)，從理論上表明將Cu2ZnSnS4同其他半導(dǎo)體材料復(fù)合用

4、來(lái)拓展光譜響應(yīng)范圍和促進(jìn)光生載流子分離的可行性;最后，基于Cu2ZnSnS4及Cu2ZnSnS4/半導(dǎo)體復(fù)合材料的潛在應(yīng)用價(jià)值和重要意義，闡述了本論文工作的選題意義、研究思路和主要研究?jī)?nèi)容。
　　 在第二章中，我們研究了Cu2ZnSnS4半導(dǎo)體材料的合成，并進(jìn)一步研究了不同反應(yīng)條件對(duì)于反應(yīng)結(jié)果的影響。首先，利用溶劑熱法合成Cu2ZnSnS4顆粒，對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、生長(zhǎng)過(guò)程和吸光特性進(jìn)行了研究;接著研究了不同反應(yīng)條件對(duì)于反應(yīng)結(jié)果

5、的影響，研究結(jié)果表明不同的溶劑和硫源對(duì)于產(chǎn)物的組成和形貌都有影響，同時(shí)研究了不同表面活性劑(CTAB、PEG、C16mimCl和SDBS)對(duì)于反應(yīng)結(jié)果的影響。
　　 在第三章中，我們系統(tǒng)研究了新型復(fù)合半導(dǎo)體Cu2ZnSnS4@SnO2的生長(zhǎng)過(guò)程和生成機(jī)理，并對(duì)其性質(zhì)和應(yīng)用進(jìn)行了初步的表征。利用一步溶劑熱法合成出新型復(fù)合半導(dǎo)體Cu2ZnSnS4@SnO2材料，對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、生長(zhǎng)過(guò)程和生成機(jī)理進(jìn)行了研究，揭示了SDBS在SnO

6、2生成中的重要作用，并且研究發(fā)現(xiàn)，SnO2的生成屬于原位生長(zhǎng);運(yùn)用電化學(xué)工作站對(duì)樣品的光電性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試，并且通過(guò)對(duì)樣品熒光特性的測(cè)試和對(duì)Cu2ZnSnS4和SnO2相對(duì)能帶位置的分析，分別從實(shí)驗(yàn)上和理論上解釋了復(fù)合半導(dǎo)體性質(zhì)的提升，揭示了Cu2ZnSnS4@SnO2在光伏設(shè)備和光催化領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
　　 在第四章中，我們對(duì)復(fù)合半導(dǎo)體Cu2ZnSnS4@TiO2和Cu2ZnSnS4@ZnO的制備進(jìn)行了初步的探索。利用簡(jiǎn)單的熱退

7、火法合成出新型復(fù)合半導(dǎo)體Cu2ZnSnS4@TiO2材料，對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，且熒光強(qiáng)度的減弱證實(shí)了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的存在;利用ZnO替代ZnCl2作為鋅源制備出形貌均一、結(jié)晶度高的微米花Cu2ZnSnS4，通過(guò)改變ZnO加入量探索了Cu2ZnSnS4@ZnO的合成，為成功合成復(fù)合半導(dǎo)體Cu2ZnSnS4@ZnO提出了指導(dǎo)性的思路。
　　 在第五章中，對(duì)本論文的工作進(jìn)行了總結(jié)，分析和討論了現(xiàn)有研究工作存在問(wèn)題，并為未來(lái)的工作