CuInS2和Zn2x(CuIn)1-xS2合金化半导体纳米晶体的制备与表征

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjlcqjy68
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近年来,半导体纳米晶体因其具有可调制的光、电性能以及诱人的应用前景,得到广泛关注和研究。其中,CuInS2是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2三元半导体化合物材料,吸收系数较大,直接禁带宽度为1.50eV,接近太阳能电池材料的最佳禁带宽度(1.45eV)。通过理论计算预测,CuInS2太阳能电池的转换效率在28%~32%,这在所有光伏器件中是最高的。与CuInSe2相比,CuInS2不含任何有毒的成分。由此可见,CuInS2是一种非常有发展前途的太阳能电池材料。目前存在的问题主要是制备CuInS2材料的工艺路线复杂,成本高,阻碍了CuInS2太阳能电池真正实现工业化。本论文围绕三元合金Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物半导体CuInS2和四元合金Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物半导体Zn2x(CuIn)1-xS2的可控合成与表征等方面展开研究。首先采用溶剂热法在温和条件下合成了CuInS2和Zn2x(CuIn)1-xS2合金化纳米晶体,该方法操作简单、成本低廉、无毒无害,有利于工业化生产。其次通过对溶剂(乙二醇、二缩三乙二醇)、反应温度(180℃、250℃)、硫源(沉降硫粉、硫脲)、配体(乙二胺、油胺)、配体用量(0 mL、5 mL、20mL)、注入方式(同时、分步)的筛选,得到制备CuInS2的优化方案为:溶剂为乙二醇,温度为180℃,硫源为沉降硫粉,配体为乙二胺,用量为5mL,分步注入硫源。最后将制备的CuInS2和Zn2x(CuIn)1-xS2(x=0、0.25、0.40、0.61、1)合金化纳米晶体进行了XRD、TEM、SEM、EDS、XPS、ICP、UV-vis等表征。产物的表面形貌复杂;实现了对产物的组成和结构进行调控:其晶胞参数随着x值增加而减小,由四方相的黄铜矿结构逐渐转变为立方相的闪锌矿结构;实现了对产物的带隙Eg进行调控(从1.48eV到3.48eV):吸收边随着x值增加而减小,即Eg随着x值增加而增大,产物的吸收边可覆盖整个可见光范围,甚至延伸到了近红外和紫外区域,且显示了新颖的带隙与组成的非线性关系。
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