Cu2ZnSnS4及其氧化物復合納米材料的制備與光電性能研究.pdf

1、能源短缺和環(huán)境污染是當今人類社會所面臨的兩個主要問題，解決這些問題是實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。太陽能作為一種重要的清潔能源，由于其儲量豐富、價格便宜、無污染等眾多優(yōu)點，成為未來解決能源危機的一種最具潛力的新型能源。太陽能電池技術和光催化技術在太陽能的有效利用和生產(chǎn)實踐中有著十分重要的地位。作為一種重要的光吸收層材料和光催化劑，硫?qū)倩衔顲U2ZnSnS4在薄膜太陽能電池領域和光催化領域都有著重要的應用。并且，Cu2ZnSnS4是

2、一種p型窄禁帶半導體，具有優(yōu)良的光學性質(zhì)，吸光系數(shù)達到了104cm-1，但是將Cu2ZnSnS4與其他半導體復合以制作成PN結來提高半導體光吸收能力和光生載流子分離能力的報道卻很少。因此，對于Cu2ZnSnS4與其他半導體復合的研究以及對復合半導體性質(zhì)的研究有著重要的意義。
　　 在本論文中，我們以Cu2ZnSnS4作為對象研究了Cu2ZnSnS4的制備方法及生長過程，并詳細研究了不同生長條件對其形貌及微結構的影響關系;通過將C

3、u2ZnSnS4同其他n型氧化物半導體復合，制備了Cu2ZnSnS4/氧化物復合異質(zhì)PN結材料，并詳細研究了制備方法、能帶匹配以及反應條件對光電性能的影響。
　　 本論文主要內(nèi)容如下:
　　 在第一章中，我們首先介紹了在太陽能利用方面有重要地位的太陽能電池技術和太陽能光催化技術，并簡要介紹了Cu2ZnSnS4目前的研究現(xiàn)狀和存在的問題;其次，從半導體異質(zhì)結的角度出發(fā)，從理論上表明將Cu2ZnSnS4同其他半導體材料復合用

4、來拓展光譜響應范圍和促進光生載流子分離的可行性;最后，基于Cu2ZnSnS4及Cu2ZnSnS4/半導體復合材料的潛在應用價值和重要意義，闡述了本論文工作的選題意義、研究思路和主要研究內(nèi)容。
　　 在第二章中，我們研究了Cu2ZnSnS4半導體材料的合成，并進一步研究了不同反應條件對于反應結果的影響。首先，利用溶劑熱法合成Cu2ZnSnS4顆粒，對樣品的結構、形貌、生長過程和吸光特性進行了研究;接著研究了不同反應條件對于反應結果

5、的影響，研究結果表明不同的溶劑和硫源對于產(chǎn)物的組成和形貌都有影響，同時研究了不同表面活性劑(CTAB、PEG、C16mimCl和SDBS)對于反應結果的影響。
　　 在第三章中，我們系統(tǒng)研究了新型復合半導體Cu2ZnSnS4@SnO2的生長過程和生成機理，并對其性質(zhì)和應用進行了初步的表征。利用一步溶劑熱法合成出新型復合半導體Cu2ZnSnS4@SnO2材料，對樣品的結構、形貌、生長過程和生成機理進行了研究，揭示了SDBS在SnO

6、2生成中的重要作用，并且研究發(fā)現(xiàn)，SnO2的生成屬于原位生長;運用電化學工作站對樣品的光電性質(zhì)進行了測試，并且通過對樣品熒光特性的測試和對Cu2ZnSnS4和SnO2相對能帶位置的分析，分別從實驗上和理論上解釋了復合半導體性質(zhì)的提升，揭示了Cu2ZnSnS4@SnO2在光伏設備和光催化領域的潛在應用。
　　 在第四章中，我們對復合半導體Cu2ZnSnS4@TiO2和Cu2ZnSnS4@ZnO的制備進行了初步的探索。利用簡單的熱退

7、火法合成出新型復合半導體Cu2ZnSnS4@TiO2材料，對樣品的結構和形貌進行了表征，且熒光強度的減弱證實了異質(zhì)結結構的存在;利用ZnO替代ZnCl2作為鋅源制備出形貌均一、結晶度高的微米花Cu2ZnSnS4，通過改變ZnO加入量探索了Cu2ZnSnS4@ZnO的合成，為成功合成復合半導體Cu2ZnSnS4@ZnO提出了指導性的思路。
　　 在第五章中，對本論文的工作進行了總結，分析和討論了現(xiàn)有研究工作存在問題，并為未來的工作