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随着经济的发展,能源危机和环境污染成为全球的重大难题。寻求新型、可再生和环境友好型的清洁能源材料已经成为人们的迫切需求。作为一种清洁、安全、可靠的环保新能源,太阳能在光伏发电、光催化、光热转换方面的应用受到广泛关注。但是,所需能量转换材料的制备成本过高,限制了太阳能源的大规模的使用。Cu2ZnSnS4（CZTS）是一种极具发展潜力的能量转换功能材料,其四种元素在地壳中储量丰富且安全无毒。CZTS的光学带隙（1.5eV）与太阳可见光匹配性好,吸收系数高(>104cm-1),结构和性质可调控,极具应用前景。本论文主要采用不同的化学法制备CZTS材料,并研究了组分偏析和掺杂对CZTS材料的光电、光催化和热电性能的影响,主要研究结论如下:采用连续离子吸附沉积Cu-Sn-S薄膜,研究硫化温度和硫化气氛对Cu-Sn-S薄膜结构和形貌的影响。研究结果表明:在硫化气氛为N2+S条件下,当硫化温度低于400℃时,生成的Cu2SnS3薄膜结晶性较差,而硫化温度高于500℃时,易造成Sn的挥发,生成Cu3SnS4相;而硫化气氛为H2S时生成Cu4SnS4相;只有在硫化温度为400℃<T<500℃,硫化气氛为N2+S条件下才能获得纯相Cu2SnS3薄膜。在上述研究基础上进行CZTS薄膜的制备,首先在Cu-Sn-S薄膜上采用化学浴沉积ZnS薄膜,然后在硫化温度450℃,硫化时间80min条件下获得形貌致密的纯相CZTS薄膜,其光学带隙为Eg=1.55eV;载流子浓度,迁移率和电导率分别为3.824×10188 cm-3,49.32 cm2/Vs和30.18 S/cm。为了保证薄膜中化学组分的均匀性,采用柠檬酸为配位剂,去离子水为溶剂的溶胶凝胶法直接合成Cu-Zn-Sn前驱体薄膜,然后在合适的硫化工艺条件（500℃,60min,N2+5%H2S）下制备得到CZTS薄膜。并探讨了CZTS薄膜反应机理,研究结果表明:所制备得到的CZTS薄膜表面形貌致密,结晶性能良好,晶粒尺寸在400nm左右,吸收系数高(>104cm-1),理想的光学带隙（1.49eV）;载流子浓度,迁移率和电导率分别为3.652×10188 cm-3,26.32 cm2/Vs和15.38 S/cm。选取乙二醇为溶剂的溶胶凝胶法配制Cu-Zn-Sn-S前驱体溶液来增加金属离子在硫化过程中的稳定性。首先通过滴涂工艺合成Cu-Zn-Sn-S前驱体薄膜,然后在合适的硫化工艺条件（500℃,60 min,N2+5%H2S）下制备得到CZTS薄膜。研究结果表明:CZTS薄膜表面形貌呈现薄片状颗粒的不规则排列,厚度大约10 nm,具有高吸收系数(>104 cm-1)和理想光学带隙（1.48eV）,测得其载流子浓度,迁移率和电导率分别为1.823×10188 cm-3,4.27 cm2/Vs和1.25 S/cm。为了进一步优化CZTS薄膜的性能,研究组分偏析和元素掺杂对CZTS薄膜性能的影响,研究结果表明:组分偏析能够增强薄膜的平整度和致密化程度,并降低其光学带隙。采用Fe取代Zn能够获得光学带隙在1.27-1.48eV之间的可调制Cu2（Zn,Fe）SnS4（CZFTS）薄膜,低含量Fe掺杂能够促进薄膜致密化。在此研究基础上,采用少量的Mn,Co,Ni取代Zn同样能够降低CZTS薄膜的光学带隙。为了进一步简化工艺,选取乙二醇为溶剂的溶剂热法一步合成CZTS薄膜,研究发现形貌致密的CZTS薄膜表面由类球形颗粒组成,颗粒的平均粒径500nm左右,光学带隙为1.48eV,测得其载流子浓度,迁移率和电导率分别为2.794×10188 cm-3,11.98 cm2/Vs和5.36S/cm。随着组分偏析的加剧,晶粒尺寸变小,平整度和致密化程度增强,光学带隙和载流子浓度下降。采用Mn取代Zn调节薄膜光学带隙,获得了可调制带隙为1.18-1.48 eV的Cu2（Zn,Mn）SnS4（CZMTS）薄膜,晶粒尺寸随着Mn的含量增加而增加。通过Fe,Co,Ni对Zn的部分取代,薄膜表面致密度增加,而光学带隙下降。CZTS在光伏领域已经引起大量关注,同时在光催化和热电领域也极具潜力。本论文采用简单溶剂热法合成CZTS纳米晶,研究不同溶剂对粉体形貌和光催化性能的影响。研究结果表明:以乙二醇为溶剂制备得到花状CZTS纳米晶,花瓣厚度在60nm左右,对亚甲基蓝（MB）的降解率达到62%,并具有良好的可重复性。以聚乙二醇-400为溶剂制备得到球状纳米颗粒,大球由直径400nm左右的小纳米球聚合而成,对MB的降解率仅为47%。为了进一步提高CZTS纳米晶的光催化性能,采用元素Fe,Mn,Co,Ni部分取代Zn,能够显著提高CZTS纳米晶对MB降解效果,降解效率分别达到92%,74%,84%,89%。进一步的将上述制备得到的CZTS花状纳米晶通过热压烧结工艺制备CZTS陶瓷,并测试其电输运性能。研究发现获得的CZTS纳米晶陶瓷的致密性好,无明显气孔。正值的Seebeck系数表明为p型半导体。当温度为675 K时,电导率和Seebeck系数分别为11.23 S·m-1和51.22μV·K-1,其较高的Seebeck系数归功于其量子局域效应和能量过滤效应。通过元素Fe,Mn,Co,Ni部分取代Zn,Seebeck系数得到明显的提高,其斜率与费米能级附近的能带态密度变化相一致。相较于纯相CZTS,其功率因子在675K时分别提高了大约32,41,12和13倍。