太阳能电池材料Cu_2ZnSnS_4纳米晶的水热合成和表征

【摘要】：四元化合物Cu2ZnSnS4是一种理想的太阳能电池吸收层材料,其禁带宽度与半导体太阳能电池所要求的最佳禁带宽度十分接近,具有大的吸收系数,另外元素来源丰富、污染小,从而成为太阳能电池吸收层的最佳候选材料。在过去20多年,多个研究组分别用各种方法如溶胶-凝胶、溅射沉积、喷雾热解、共沉积和软化学方法等方法成功制备出了Cu2ZnSnS4吸收层。并且光电转化率从1996年的0.66%提高至2010年的9.6%。 本文旨在进一步发展和丰富水热合成技术并利用它制备Cu2ZnSnS4纳米晶,发展一种相对普适的合成路线。同时对合成的纳米结构进行了表征。具体工作如下： 1. Cu2ZnSnS4(?)内米晶的制备。利用水热法以氯化亚铜(CuCl)、氯化锌(ZnCl2)、四氯化锡(SnCl4·5H2O)、硫脲为原料在200℃制备了Cu2ZnSnS4(?)内米晶。研究了反应时间和反应温度对产物的影响。 2. Cu2ZnSnS4纳米材料结构表证。利用XRD、TEM、HRTEM和SAED对产物进行了表征。结果表明产物是直径为5-7nm多晶Cu2ZnSnS4颗粒。 3. Cu2ZnSnS4(?)内米材料的光学特性。利用紫外-可见吸收光谱估算了产物的禁带宽度为1.7eV,大于相应体相和薄膜的禁带宽度(1.5eV)。Raman谱显示,相比体相和薄膜的Raman谱发生8cm-1红移。 4.最后利用丝网印刷的方法初步制备出Cu2ZnSnS4薄膜。 【关键词】：纳米材料 太阳能 水热法 Cu_2ZnSnS_4 光电性能 丝网印刷
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-15
• 2 背景知识及基本原理15-33
• 2.1 引言15-16
• 2.2 纳米材料简介16-29
• 2.2.1 纳米材料的发展16-17
• 2.2.2 纳米材料的特性17-21
• 2.2.3 纳米材料的分类21-22
• 2.2.4 纳米材料的性质22-24
• 2.2.5 纳米材料的用途24-26
• 2.2.6 纳米材料表征及性能研究的常用分析手段26-27
• 2.2.7 纳米材料的制备方法27-29
• 2.3 水热法简介29-32
• 2.3.1 水热法及其反应机理29-30
• 2.3.2 水热反应特点30
• 2.3.3 水热反应的影响因素30-32
• 2.4 本文的选题背景、研究内容及意义32-33
• 3 水热条件下Cu_2ZnSnS_4纳米材料的制备33-37
• 3.1 引言33-35
• 3.1.1 Cu_2ZnSnS_4是纳米材料简介33
• 3.1.2 Cu_2ZnSnS_4纳米材料研究现状33-34
• 3.1.3 本文的研究内容及目的34-35
• 3.2 实验部分35-37
• 3.2.1 实验原料35
• 3.2.2 实验过程35-36
• 3.2.2.1 实验内容35
• 3.2.2.2 实验步骤35-36
• 3.2.3 样品测试与表征36-37
• 4 实验结果与讨论37-42
• 4.1 XRD衍射花样37
• 4.2 TEM和HRTEM表征37-38
• 4.3 紫外—可见吸收光谱38-39
• 4.4 拉曼光谱39-40
• 4.5 可能生长机理40-42
• 5 丝网印刷制备Cu_2ZnSnS_4纳米薄膜42-49
• 5.1 丝网印刷概述42-46
• 5.1.1 丝网印刷的原理42-43
• 5.1.2 丝网印刷法的特点43-44
• 5.1.3 丝网印刷法的应用44
• 5.1.4 手动丝网印刷的印刷44-46
• 5.2 丝网印刷法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜46-48
• 5.2.1 Cu_2ZnSnS_4印刷浆料的制备46
• 5.2.2 衬底的处理46
• 5.2.3 Cu_2ZnSnS_4薄膜的印刷46-47
• 5.2.4 影响薄膜质量的一些因素47-48
• 5.3 Cu_2ZnSnS_4薄膜的表面特征48-49
• 6 结论与展望49-51
• 6.1 本论文的创新之处49
• 6.2 有待进一步研究的问题49-51
• 参考文献51-58
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果58-59
• 致谢59

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