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《合肥工业大学》 2017年
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铜锌锡硫纳米结构的制备、相变与光电性能研究

孙怡文  
【摘要】:铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4, CZTS)作为吸光层材料在下一代太阳能电池应用中具有良好的发展潜力,该材料具有合适的禁带宽度(~1.5eV),在可见光区有较高的吸光系数(104cm-1),具有相变特性,其组成元素在地壳储量丰富、无毒、环境友好。但是CZTS和相关多元化合物半导体纳米结构的制备通常采用高温胶体溶液法,该方法涉及使用有机溶剂或长碳链有机分子,价格昂贵且对环境有污染。因此,发展绿色方法合成CZTS纳米结构并实现其形貌和物相的调控具有重要意义。本论文中,我们发展一种绿色水热法制备CZTS和Cu_2SnS_3(CTS)纳米结构,并系统研究其光学和光电性能。主要结果如下:(1)首次报道通过一种“自上而下”的方式制备出六方纤锌矿结构CZTS纳米晶,该方法未使用任何有机溶剂。CZTS纳米晶是通过Cu_2O纳米方块与Sn-MCC配合物水溶液及Zn~(2+)离子水溶液反应生成的,纳米晶的尺寸为5±2 nm。研究表明,形成过程经历了 Cu_2O纳米方块→Cu_2-xS纳米盒子→CZTS纳米盒子→CZTS纳米晶的演变过程。CZTS纳米盒子的形成是由于“柯肯达尔效应”作用的结果,而CZTS纳米晶的形成是酸刻蚀的效果。生长溶液pH值对所生成的CZTS的晶相具有重要影响,中性溶液有利于生成六方纤锌矿结构CZTS,碱性溶液有利于生成四方闪锌矿结构CZTS。所合成的六方纤锌矿结构CZTS纳米晶具有显著的光致发光效应和光电效应,在低成本太阳能电池方面具有良好的应用前景。(2)通过Cu_2O纳米方块与Sn-MCC配合物水溶液反应首次制备了六方相CTS纳米盒子,其形成过程经历了 Cu_2O→Cu_2-xS→CuS→CTS。纳米盒子的形成是由于“柯肯达尔效应”作用的结果。通过退火处理,六方相CTS纳米盒子会转变成四方相CTS纳米盒子。光学性能研究表明,六方相CTS纳米盒子和四方相CTS纳米盒子的禁带宽度分别为1.4和1.2 eV。我们深入研究了 CTS纳米盒子的光电化学特性,表明其在光解水制氢方面具有良好的发展。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN304;TB383.1

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