共蒸发法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜的研究

利用真空蒸镀技术共蒸发Cu,Zn,Sn金属丝在玻璃衬底上制备前驱体Cu-Zn-Sn(CZT),并采用高温硫化金属前驱体的方法制备Cu2Zn Sn S4(CZTS)薄膜。本文采用X射线衍射和扫描电子显微镜对薄膜进行表征,探究前驱体的蒸镀条件以及硫化温度对薄膜生长情况的影响,结果表明:溅射Mo作为缓冲层有利于Zn原子的沉积;硫化温度为500℃时,薄膜的结晶度较好,能够生成单一的CZTS薄膜;气压越低越有利于形成优质薄膜;衬底温度升高为220℃时,薄膜的结晶度有所提高,有利于抑制杂质的生成;等离子体的辅助可以提高薄膜的结晶质量。     

Cu_2ZnSnS_4纳米晶及其薄膜的制备

以乙酰丙酮铜(Cu(AcAc)2)、乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)、氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、升华硫(S粉)和十二硫醇为原料,用热注射法合成了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米晶。再将Cu2ZnSnS4纳米晶制成胶体墨水,用旋涂法制备出Cu2ZnSnS4薄膜。用X射线衍射(XRD)仪、拉曼光谱(RS)仪、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)和紫外-可见光谱(UV-Vis)分光光度计对CZTS纳米晶及薄膜的晶体结构、微观形貌、化学组成及光学性能进行表征,研究了注射温度对纳米晶结构、形貌、晶粒大小以及化学组成的影响以及热处理时间对Cu2ZnSnS4薄膜结构、形貌、化学组成和光学性能的影响。结果表明,在注射温度为180℃时合成的CZTS纳米晶为锌黄锡矿结构,平均粒径为18 nm。在500℃热处理2 h所制备出的薄膜,在可见光范围内其吸收系数高达104cm-1,禁带宽度为1.45 eV。     

Cu_2ZnSnS_4薄膜的研究进展

Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜太阳能电池具有低成本、高效率、安全无毒等优点,是最具发展前景的太阳能电池之一,近几年来开始受到广泛关注。简要介绍了国内外几种制备Cu2ZnSnS4薄膜的方法,包括蒸发法、溅射法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法、喷涂热解法、Sol-gel法、丝网印刷法,并阐述了这几种方法的优点及存在的问题,展望了今后CZTS薄膜的研究方向,认为通过溶剂热或热注入法制备出CZTS纳米晶体后,再通过丝网印刷法或旋涂等法制成CZTS薄膜能降低生产成本,在电池的工业化生产中具有很广阔的应用前景。     

电化学沉积法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜电池

采用简单的两电极电化学沉积金属薄膜技术,在镀钼的钠钙玻璃衬底上共沉积Cu-Sn层后,再沉积Zn金属层,制备出Cu-Sn-Zn金属预制层。在不同的温度下进行低温退火后,以硫粉作为硫源高温硫化金属预制层,制备出晶体质量较好的Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对薄膜的晶体结构、表面形貌和薄膜组分进行分析表征,发现共沉积Cu-Sn层,再沉积Zn金属层得到的CZT预制层表面平整但晶粒尺寸较小,经过退火处理后晶粒尺寸得到改善,且硫化后所得到的CZTS薄膜不易从Mo衬底上脱落,粘附性较强。用其制备的CZTS薄膜太阳电池的开路电压Voc=569mV,短路电流密度Jsc=8.58mA/cm2,光电转换效率为1.40%。     

微波液相合成法制备Cu_2ZnSnS_4纳米颗粒及其薄膜的研究

采用乙二醇作为溶剂,硫代乙酰胺作为硫源,通过微波液相合成法制备出颗粒大小均一的Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米颗粒。采用XRD、Raman、EDS、TEM以及UV-Vis-Nir等表征手段对所制备的纳米颗粒的物相、元素比例、形貌以及光学性能进行了分析。测试结果表明,所制备的CZTS纳米颗粒为(112)择优取向的锌黄锡矿结构,纳米颗粒的平均尺寸约为3.4nm,其光学带隙为1.85eV,呈现出明显的量子尺寸效应导致的光学带隙蓝移现象。将CZTS纳米颗粒制成CZTS墨水并滴涂烘干形成了CZTS薄膜,其XRD和SEM结果表明,所制备的CZTS薄膜具有良好的结晶性,且表面较为致密。光照与暗态的I-V曲线测试表明,所制备薄膜具有明显的光电导效应。     

三元共电沉积法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜

利用三元共电沉积制备金属前驱体,经预加热和硫化热处理后,成功合成了Cu_2ZnSnS_4薄膜。借助循环伏安法确定三元共沉积电位为E=-1.25V,考察pH值和电解液离子浓度对金属前驱体元素成分和物相的影响,筛选出电沉积的最佳工艺参数(8mmol/L SnSO_4,22mmol/L CuSO_4·5H_2O,22mmol/L ZnSO_4·7H_2O,200mmol/LNa_3C_6H_5O_7·2H_2O和pH值=5.7),沉积到成分比例接近最佳元素比的金属前驱体(n(Cu)/n(Zn+Sn)≈0.8,n(Zn)/n(Sn)≈1.2)。经300℃预加热后,金属前驱体转变成以Cu_5Zn_8和Cu_6Sn_5二元合金为主的金属固溶体,为后续硫化热处理形成纯相的CZTS奠定了基础。硫化过程中,硫化时间和硫化温度对薄膜结构形貌的影响显著。随着硫化时间的增大,CZTS的特征峰的强度增大,杂相衍射峰(Cu_(2-x)S、SnS和Cu_2SnS_3)的强度减弱,CZTS逐渐纯化。硫化时间为60min时,薄膜具有良好结构和形貌,而进一步硫化,易促使薄膜分解。过低的硫化温度会导致薄膜产生较多的二元和三元杂相,而硫化温度过高则会产生Sn和Zn的挥发流失。580℃时,CZTS薄膜的晶粒轮廓分明、晶界清晰、分布致密均匀,薄膜厚度约为2μm,与Mo层的接触紧密,无间隙,附着性增强。     

微波辅助Cu_2ZnSnS_4纳米晶的制备及其性能分析

以醋酸铜、醋酸锌、氯化亚锡及硫脲为前驱体,油胺为溶剂,采用微波辅助合成Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米晶;所得样品的物相、结构、形貌以及光学性能分别用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、拉曼光谱仪和紫外-可见分光光度计来表征;结果表明:微波加热13min可合成高质量的锌黄锡矿结构的Cu2ZnSnS4纳米颗粒,CZTS微球平均直径约为23.68nm;所得样品的禁带宽度经估算约为1.52eV,与薄膜太阳能电池所需的最佳禁带宽度相近。     

溶胶-凝胶硫化法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其性能研究

采用溶胶-凝胶法制备Cu-Zn-Sn-S前驱体薄膜,在氩及硫两种气氛下对前驱体进行480℃热处理。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对薄膜的微观结构、表面形貌和光学性能进行表征。研究结果表明,前驱体薄膜在硫气氛下热处理生成CZTS相,其形貌为花状,尺寸大小约为1.8μm。硫化后的薄膜具有较大的吸收系数,测试后估算其禁带宽度约为1.5eV。     

溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池吸收层

以金属盐氯化铜、氯化锌、氯化锡为原料,单乙醇胺和乙二醇甲醚作为溶剂,采用溶胶-凝胶法结合旋涂技术获得前驱体薄膜,分别经120℃和300℃的热板干燥后,在双温区管式炉中,于硫蒸气下硫化制备Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等一系列测试设备对样品的结构、各组分的含量、表面形貌和光带隙进行表征分析。研究结果表明,CZTS前驱体薄膜在120℃的热板上干燥后,再经500℃硫化可制备出纯净的CZTS薄膜,禁带宽度接近1.52eV。     

Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池材料的研究现状

综述了CZTS(Cu2ZnSnS4)材料的研究现状,介绍了CZTS材料的结构性质、光学性质、电学性质、薄膜的制备方法以及Na扩散对其性能的影响,最后探讨了目前存在的问题及其今后的研究发展方向。     

单靶磁控溅射法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其异质结光电探测器

采用单靶磁控溅射法制备了铜锌锡硫(CZTS)薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)和扫描电镜(SEM)分别对CZTS薄膜的物相结构、光学性能以及表面形貌进行表征,结果表明,退火后的CZTS薄膜具有单一相的锌黄锡矿结构、适合的禁带宽度(1.51eV)以及平整致密的表面形貌。通过制备CZTS/n-Si异质结光电探测器,光电性能测试显示,器件在450,635和980nm波长的光源下均具有良好的光伏效应。在0V偏压,功率密度为3mW/cm~2的980nm光源照射条件下,器件的响应的上升时间(τr)和下降时间(τd)分别为τr=41ms,τd=126ms,电流开关比为434.9。CZTS/n-Si异质结结构有利于提高载流子的分离效率,比纯n-Si探测器与纯CZTS探测器具有更大的电流开关比,为低成本、高性能及环境友好光电探测器提供新方案。     

合成Cu_2ZnSnS_4薄膜四元共电沉积机理与退火相转变

采用循环伏安法研究了制备CZTS薄膜四元预制层的电化学沉积机理。结合XRD,SEM,EDS和Raman技术分析预制层退火的相转变机制。结果表明:溶液中Cu2+和Sn2+浓度不仅影响其本身的沉积速率,还影响溶液中其他金属元素的沉积速率,而Zn2+浓度仅影响其本身沉积速率。四元预制层的沉积以原子层外延为机理,在负电位作用下,Cu2+先转变为Cu原子沉积在衬底表面,且与衬底附近析出的S原子发生化学反应,在衬底上生成CuS,同样,SnS和ZnS也以这种方式交替沉积在衬底上。预制层二元硫化物随着退火温度的升高逐渐转变为Cu2(3)SnS3(4)和Cu2ZnSnS4。利用四元共电沉积预制层550℃退火1h合成的Cu2ZnSnS4薄膜原子比为Cu∶Zn∶Sn∶S=23.72∶12.22∶13.07∶50.99。无偏压下合成的CZTS薄膜光电流达到约6nA。     

分散型Cu_2O颗粒的制备研究进展

简要介绍了Cu_2O的特性和用途,全面综述了近年来采用化学还原法和辐射法制备Cu_2O纳米粒子的研究现状,比较了这两种制备方法的优缺点,并对纳米Cu_2O的研究前景和可能应用进行了展望。     

正交相BaSi_2薄膜的制备及结晶研究

室温下采用磁控溅射的方法在p-Si(111)衬底上沉积Ba膜,然后置入高真空退火炉中在400~850℃退火12h生成Ba的硅化物薄膜,对退火后的Ba-Si化合物进行了晶体结构、表面形貌、透射光谱及电学性质的测试分析,研究了退火温度对薄膜结晶的影响。实验结果表明,退火温度对生成Ba-Si化合物及薄膜的表面形貌影响很大,随着退火温度从400℃升高到800℃,薄膜的结晶情况逐渐改善,晶粒随着温度的升高逐渐增大;800℃对于生成多晶的BaSi2薄膜是一个比较理想的退火温度;850℃生成了多相共生的硅化物薄膜。     

Mn掺杂Li3Fe2(PO4)3正极材料的制备与表征

通过固相反应法合成出Li3+xFe2-xMnxn(Po4)3(x-0～O.1)、Li3Fel.ω5Mn0.05(PO4)3和Li2.95Fe1.ωMnoN.05(PO4)3正极材料.采用行星式球磨方法,均匀混合正极材料和导电乙炔黑以提高活性材料的电子导电率和降低颗粒尺寸.Mn掺杂的Li3Fe2(PO4)3样品的恒电流充放电测试和伏安循环测试(2～4V)发现,所有样品中Fe3+/Fe2+氧化还原电对均有两个稳定的充放电平台(2.8、2.7V)、Li3+,Fe2-xMnxII(PO4)3和Li3Fe1.95Mn0.05(PO4)3中Mn3+/Mn2+电对的充放平台位于3.5V左右.不同价态Mn的掺杂均可明显提高正极材料的电化学性能,其中Mn掺杂样品的电化学性能最好,其中Li3.05Fel.95MnⅡ0.05(PO4)3/C的C/20和C/2恒流放电比容量分别可达11O和66mAh/g.     

氨基化Cu_3(BTC)_2的制备、表征及其催化性能研究

采用3-氨丙基三乙氧基硅烷为修饰剂制备了氨基化Cu3(BTC)2,用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附等对材料的结构和形貌进行了表征,并考察了材料在苯甲醛和氰基乙酸乙酯的Knoevenagel缩合反应中的催化反应性能。研究结果表明,氨基化的Cu3(BTC)2材料保持原始Cu3(BTC)2材料的结构和形貌。而且,氨基和金属不饱和位点(Cu2+)具有协同催化作用,在Knoevenagel缩合反应中比Cu3(BTC)2表现出更高的反应活性和选择性。反应1h产率为90%,循环使用3次,活性没有明显降低。本研究为金属有机骨架材料的功能化和应用提供了新思路。     

Cu_(2-x)S和Cu_(2-x)Se类液态材料的可控制备与热电性能研究进展

在高速发展的21世纪,随着化石能源的日渐枯竭,人们开始把目光投放到新能源的开发。其中,热电技术的研究和发展受到广泛关注。基于热电材料的热电发电技术能够将热能直接转换为电能,相关器件和系统具有体积小、质量轻、坚固、无传动部件、无噪声运行、安全可靠、易于控制等优点。热电优值(ZT)是评价热电性能的参数,ZT=S~2σT/κ,其中S是泽贝克系数,σ是电导率,T是绝对温度,κ是热导率。当ZT值达到1以上时,说明热电材料达到商业应用的基本要求。近年来,多类性能出色的热电材料被发现并得到深入研究。"声子液体-电子晶体"(PLEC)类材料概念被提出后,就凭借其超低热导率特征而受到了广泛关注。作为典型的PLEC类材料,Cu-S系材料备受关注并得到较为深入的研究,其中以Cu_2S和Cu_2Se为主,它们都是本征p型半导体材料,具有低的热导率。在结构上,两种半导体随着温度的升高,都会发生结构相变,其中,723 K的α-Cu_2S和400 K的β-Cu_2Se为立方相,具有很低的热导率。在α-Cu_2S中,Cu离子在S原子组成的刚性亚点阵中具有类液体的迁移行为,成为液态亚点阵。液态亚点阵对格波声子的横向传输具有很强的扰动,减少了热传导的横模数目,导致定容比热、声子平均速率和声子平均自由程的减小,使Cu_2S具有很低的热导率。在制备方法上,Cu_(2-x)S和Cu_(2-x)Se均可采用纳米材料常见的合成方法——水热法和前驱体法,这两种合成方法均具有操作简单、成本低、粒径小和可灵活调控的优点。掺杂、复合是改善Cu_(2-x)S和Cu_(2-x)Se性能的常见手段,通过这两种方法改善其电导率或者改变其结构能够得到更低的热导率,从而获得更好的热电性能。如通过在S位上掺杂Te形成Cu_2S_(0. 52)Te_(0. 48),此化合物为纳米级马赛克结构,在1 000 K时,其ZT值达到2. 1。在Se位上掺杂S形成Cu_2Se_(0. 8)S_(0. 2),不仅能降低声子的散射速度,还能引入额外的点缺陷散射声子,进一步降低复合块体的热导率,在950 K时,ZT值达到1. 65。本文以PLEC类材料中的Cu_2S和Cu_2Se热电材料为主要对象,简要介绍其结构和性能,概述其常见的制备方法和最近提出的新型合成方法,综述其性能的改善方法及最新研究进展。     

机械合金化制备Zn(BH_4)_2及其表征

以NaBH4和ZnCl2为原料,利用机械合金化制备新型储氢材料Zn(BH4)2。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman spectra)、差示扫描量热-热重分析(DSC-TGA)等系统研究了Zn(BH4)2的微结构和热力学性能。XRD分析显示,球磨2h后产物为NaCl和Zn(BH4)2,且原料相消失;拉曼光谱和红外光谱结果均证实了Zn(BH4)2的生成;DSC-TGA测试显示Zn(BH4)2在30～150℃发生热分解,实际放氢量约为3.00%。     

SiO_2@Ag@Au复合颗粒的制备与表征

SiO2-金属核壳结构的粒子作为一种复合材料具有广泛的应用前景,其所含金属为贵金属时,其复合颗粒更加受到各界青睐。通过化学镀法在纳米级SiO2表面镀上了均匀厚度的Ag、Au双金属层,成功制备出了SiO2@Ag@Au核壳结构的复合颗粒。并着重研究了活化工艺、还原剂滴加速度、镀液浓度对SiO2表层化学镀的影响,同时对复合颗粒进行了SEM、XRD、EDS表征。     

杂化钙钛矿(HOC2H4NH3)2CuCl4的制备与表征

采用低温溶液法合成了新型层状有序的含有羟基的有机/无机杂化钙钛矿材料(HOC₂H₄NH₃)₂CuCl₄, 采用元素分析、红外光谱、紫外-可见光吸收光谱、X射线衍射和X射线吸收精细结构等手段对其结构与性能进行了表征。结果表明:该材料通过无机框架诱导有机组分有序排列, 形成了规则的层状结构, 有序性高。该杂化钙钛矿材料的分解温度为212℃, 电阻率为2.86×10⁶ Ω·cm, 比不含羟基杂化钙钛矿的电阻率低两个数量级。紫外-可见光吸收光谱显示285 nm左右有一归因于电子从Cl(3p)价带顶跃迁到Cu(4s)导带底而产生的吸收峰。X射线吸收精细结构谱图表明: 二维层状杂化钙钛矿晶体中的Cu²⁺与6个Cl^-形成八面体配位, Cu-Cl键长为0.191 nm, 层间距为1.099 nm。