论文部分内容阅读
铜锌锡硫Cu2ZnSnS4 (CZTS)是一种p型直接带隙半导体材料,其体材料禁带宽度为1.5 eV,吸光系数高(104cm-1),其组成元素成本低廉、环境友好,是一种具有广泛应用前景的薄膜太阳能电池光吸收材料。为了拓宽CZTS的吸光范围,通常会在CZTS中引入Se元素形成Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe)。与需要使用昂贵高真空设备的技术(如磁控溅射、共蒸发等)相比,溶液法制备CZTSSe薄膜可降低生产能耗与成本,适合大规模制备,适合发展低成本太阳能电池。溶液法制备CZTSSe纳米晶薄膜是一种新型低成本太阳能电池技术。所报道的CZTSSe纳米晶是采用溶剂热法合成,具有较高的反应温度(200-300 ℃),并且CZTSSe纳米晶表面包覆有长链有机分子,难以去除,并会严重影响CZTSSe电池器件的光伏性能。本论文中,我们通过设计新型配合物离子、发展一种室温条件下制备水溶性CZTSSe纳米晶墨水的方法,该方法无需加热、不涉及使用有毒溶剂、不使用长链有机溶剂,具有成本低廉、环境友好、适合宏量制备等优点。采用XRD、 SEM、HRTEM、EDS、Raman对CZTSSe纳米晶的成分、形貌、尺寸、晶体结构等特征进行分析表征。所合成的CZTSSe纳米晶具有四方纤锌矿结构,可以在0.35≤x≤1.0范围内调控Cu2ZnSn(SxSe1-x)4中的S/Se比；纳米晶尺寸约为5 nm左右,具有显著的量子尺寸效应,所合成的CZTS和CZTSSe (x=0.35)纳米晶禁带宽度分别为1.96和1.83 eV,远大于CZTS体材料的禁带宽度(1.5 eV)。随着退火温度增加(60-300℃),CZTSSe (x=0.35)纳米晶薄膜的吸光范围由650 nm红移到950 nm,覆盖整个可见光区。研究表明,所制备的CZTSSe纳米晶薄膜具有显著的光电导效应,是一种良好的光伏半导体材料。CZTSSe纳米晶太阳能电池的光伏性能有待进一步研究。