本文關(guān)鍵詞：溶劑熱合成技術(shù)制備銅鋅錫硫半導(dǎo)體薄膜

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【摘要】：銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4,簡稱CZTS)薄膜太陽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薄膜太陽電池的吸收層,對CZTS薄膜太陽電池的質(zhì)量和性能起著重要作用,因此,展開對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離子表面活性劑,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)溫度從140-C逐漸升高到230。C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)Cu784雜相。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CZTS薄膜的表面形貌影響不大,在不同濃度下制備的CZTS薄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%,對光的吸收比較強(qiáng)。不同氯化鋅濃度下制備的CZTS薄膜樣品禁帶寬度都較為接近太陽電池最佳帶隙。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CZTS薄膜形貌影響不大,薄膜都由相互卷繞的納米片組成,隨著時(shí)間增加薄膜越來越均勻致密；反應(yīng)時(shí)間為5h、10h、15h、20h所制備的CZTS薄膜對應(yīng)的禁帶寬度分別為1.89eV, 1.81eV,1.71eV,1.83eV。
【關(guān)鍵詞】：薄膜太陽能電池 溶劑熱合成技術(shù) Cu_2ZnSnS_4半導(dǎo)體薄膜 光學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.055;TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 太陽能電池概述14-16
• 1.1.1 太陽能光伏技術(shù)的研究背景及意義14
• 1.1.2 太陽能電池的發(fā)展歷程14-16
• 1.2 太陽能電池工作原理16-18
• 1.2.1 半導(dǎo)體pn結(jié)16-17
• 1.2.2 太陽能電池發(fā)電原理17
• 1.2.3 太陽能電池的電性參數(shù)17-18
• 1.3 薄膜太陽能電池的分類和特點(diǎn)18-24
• 1.3.1 硅基薄膜太陽能電池19-20
• 1.3.2 有機(jī)薄膜太陽能電池20-21
• 1.3.3 染料敏化太陽能電池21-22
• 1.3.4 無機(jī)化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池22-24
• 1.4 CZTS薄膜太陽能電池24-27
• 1.4.1 CZTS薄膜太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)24-25
• 1.4.2 CZTS薄膜太陽能電池各組成部分介紹25-27
• 1.5 本論文的研究目標(biāo)和主要工作27-28
• 第二章 材料制備方法與表征手段28-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)器材28-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備28
• 2.1.2 主要化學(xué)試劑和材料28-29
• 2.2 材料制備方法29-33
• 2.2.1 磁控濺射鍍膜法29-30
• 2.2.2 電化學(xué)沉積法30-31
• 2.2.3 熱蒸發(fā)法31-32
• 2.2.4 溶劑熱合成法32-33
• 2.3 材料表征技術(shù)33-37
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡和特征X射線能譜33-34
• 2.3.2 X射線衍射34-35
• 2.3.3 X射線光電子能譜35-36
• 2.3.4 紫外-可見分光光譜36-37
• 第三章 反應(yīng)溫度對Cu_2ZnSnS_4薄膜結(jié)構(gòu)、形貌與性能的影響37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 CZTS半導(dǎo)體薄膜的制備37-38
• 3.3 反應(yīng)溫度對CZTS薄膜成分、結(jié)構(gòu)的影響38-42
• 3.4 反應(yīng)溫度對CZTS薄膜形貌的影響42-44
• 3.5 反應(yīng)溫度對CZTS薄膜光學(xué)性能的影響44-45
• 3.6 CZTS薄膜的形成機(jī)理分析45-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 第四章 反應(yīng)物濃度對Cu_2ZnSnS_4薄膜結(jié)構(gòu)、形貌與性能的影響47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 CZTS半導(dǎo)體薄膜的制備47-48
• 4.3 氯化銅濃度對CZTS半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、形貌與性能的影響48-52
• 4.3.1 氯化銅濃度對CZTS薄膜成分和結(jié)構(gòu)的影響48-50
• 4.3.2 氯化銅濃度對CZTS薄膜形貌的影響50-51
• 4.3.3 氯化銅濃度對CZTS薄膜光學(xué)性能的影響51-52
• 4.4 氯化鋅濃度對CZTS薄膜結(jié)構(gòu)、形貌與性能的影響52-56
• 4.4.1 氯化鋅濃度對CZTS薄膜成分和結(jié)構(gòu)的影響52-54
• 4.4.2 氯化鋅濃度對CZTS薄膜形貌的影響54-55
• 4.4.3 氯化鋅濃度對CZTS薄膜光學(xué)性能的影響55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-58
• 第五章 反應(yīng)時(shí)間對Cu_2ZnSnS_4薄膜結(jié)構(gòu)、形貌與性能的影響58-64
• 5.1 引言58
• 5.2 CZTS半導(dǎo)體薄膜的制備58-59
• 5.3 反應(yīng)時(shí)間對CZTS薄膜成分、結(jié)構(gòu)的影響59-60
• 5.4 反應(yīng)時(shí)間對CZTS薄膜形貌的影響60-62
• 5.5 反應(yīng)時(shí)間對CZTS薄膜光學(xué)性能的影響62-63
• 5.6 本章小結(jié)63-64
• 總結(jié)與展望64-67
• 特色與創(chuàng)新之處67-68
• 參考文獻(xiàn)68-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文75-77
• 致謝77

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