Cu2ZnSnS4納米顆粒的微波法制備及性質(zhì)研究.pdf

1、銅鋅錫硫材料被認(rèn)為是銅銦鎵硒材料最可能的替代者，因此引起了廣泛的研究。在眾多制備電池吸收層的方法中，用納米顆粒配制出“油墨”進(jìn)而涂敷于襯底的方法最簡單便捷。本文主要介紹了微波法制備Cu2ZnSnS4納米顆粒的實(shí)驗(yàn)過程以及在不同條件下制備的樣品的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，并對以Cu2ZnSnS4納米顆粒為吸收層的太陽能電池的制備工藝進(jìn)行了初步探索。本文主要研究內(nèi)容為:首先，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究不同硫化物作為硫源對樣品性質(zhì)的影響;然后，固定微波功率，改變微波

2、反應(yīng)時(shí)間，研究其對于樣品結(jié)晶情況的影響;接著，通過改變硫化階段的硫化溫度和硫化時(shí)間來考察不同的硫化條件對于樣品性質(zhì)的影響;隨后，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)調(diào)整組成四元化合物的元素間的摩爾比率來探究不同的配比條件下制備出樣品的性質(zhì);最后，將最優(yōu)化條件下得到的Cu2ZnSnS4樣品制備電池，并對其效率進(jìn)行了測試。
　　本文主要結(jié)論包括:
　　(1)在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，相較于硫脲和硫代乙酰胺來說，硫化鈉作為硫源能夠明顯改善樣品的結(jié)晶性質(zhì)。對比微波反

3、應(yīng)后和硫化后樣品的結(jié)晶情況和雜質(zhì)數(shù)量可以看出硫化鈉都明顯優(yōu)于另兩種硫化物。
　　(2)固定微波爐功率為700W，改變微波處理時(shí)間，隨著處理時(shí)間的延長，樣品的結(jié)晶度有所提高，但當(dāng)時(shí)間超過20min后樣品性質(zhì)沒有明顯改善，反而有雜相生成。這可能是由于四元化合物重新分解為二元和三元相所致。
　　(3)硫化過程對于制備出結(jié)晶度好、純度高的Cu2ZnSnS4納米晶體至關(guān)重要。通過研究不同的硫化時(shí)間和硫化溫度發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫化溫度為550℃，硫

4、化時(shí)間為30min時(shí)，樣品為鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)，顆粒大小均勻、結(jié)晶好、雜相少的Cu2ZnSnS4納米粉體樣品。
　　(4)Cu2ZnSnS4四元化合物的元素配比影響樣品的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌以及光學(xué)性質(zhì)。通過改前驅(qū)體溶液中組成元素摩爾比例，可以改變薄膜的能帶寬度，Cu/[Zn+Sn]比值的改變可以影響樣品的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)生成物的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著Cu/[Zn+Sn]比值的減小，樣品的晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)都得到相應(yīng)改善，光學(xué)帶隙增大。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)