烧结氛围对铜锌锡硫硒薄膜性质的影响

Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜太阳能电池吸收层的质量,受薄膜的烧结氛围影响,进而影响其电池器件的性能。利用溶液法,分别在氮气和空气两种氛围下制备Cu_2ZnSn(S,Se)_4吸收层薄膜,系统地研究烧结氛围对Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜性质的影响。首先,采用甲胺水溶液和硫代乙醇酸的混合溶液为溶剂,依次溶解S、Sn、Zn和Cu单质,配制Cu_2ZnSnS_4前驱体溶液;然后,通过旋涂/烧结的方法,分别在氮气气氛和空气中制得Cu_2ZnSnS_4预制薄膜,进一步对预制薄膜进行高温硒化处理,得到两种氛围的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜;最后,经过XRD、Raman、SEM、C-AFM和I-V特性曲线等测试表征。结果发现:氮气气氛的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜晶粒尺寸较大、表面形貌更均匀、结晶性和导电率较高,薄膜质量相对更佳,说明氮气氛围更有利于制备适合于高性能电池器件的Cu_2ZnSn(S,Se)_4吸收层薄膜。     

金属盐硫脲水溶液的稳定性及其对Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜形成、结构和性能的影响

分别以氯化铜(CuCl_2·H)_2O)、氯化锌(ZnCl_2)、氯化亚锡(SnCl_2·2H)_2O)和硫脲为Cu、Zn、Sn和S源,以去离子水和少量乙醇混合溶液为溶解液,配制出用于制备单一锌黄锡矿结构Cu_2ZnSnS_4(W-CZTS)薄膜的前驱体溶液.研究发现这种前驱体溶液由于化学不稳定会产生沉淀,导致制备的薄膜不是由单一W-CZTS相,而是由W-CZTS和其他杂相组成,且晶体质量很差;当把少量的巯基丙酸(MPA)加入到前驱体溶液中后,不仅可以提高前驱体溶液的化学稳定性、避免沉淀发生,而且利用加入MPA前驱体溶液及旋涂和硒化技术还可以制备出高致密、大晶粒、单一锌黄锡矿结构的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜(W-CZTSSe).以所制备的W-CZTSSe薄膜为吸收层,获得光电转换效率为7.25%的CZTSSe基太阳能电池.此外,还系统研究了前驱体溶液不稳定和MPA提高其稳定性的化学机制.研究表明,在这种前驱体溶液加入少量MPA的方法是一种环境友好型的制备高致密、大晶粒、单一W-CZTSSe薄膜的有效方法.     

Cu_2SnS_3薄膜的溶液法制备及表征

采用溶液法在玻璃基底上制备了Cu_2SnS_3薄膜,研究了不同退火温度对Cu_2SnS_3薄膜性能的影响,采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、场发射扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计分别表征了薄膜的物相结构、形貌和光学性能.结果表明,退火温度对Cu_2SnS_3薄膜的相结构、形貌及光学性能有显著影响,随着退火温度的升高,薄膜中的晶粒尺寸明显增大,结晶性也有所增加;退火温度为500℃时,可以生成单相的Cu_2SnS_3薄膜;在不同退火温度下所制备薄膜的禁带宽度均接近1.05eV.     

退火对氧化铟镓薄膜晶体管电学特性的影响

研究不同气氛中退火的氧化铟镓薄膜晶体管电学性能随退火温度的变化,并采用霍尔效应测试分析氧化铟镓的载流子浓度(N_c)和迁移率(μ_H)的变化规律,探讨深层次原因。结果表明:退火处理后器件的饱和区场效应迁移率μ_(sat)由1.0 cm~2·(V·s)~(-1)升高至最高12.0 cm~2·(V·s)~(-1),亚阈值摆幅由0.58 V·dec~(-1)(dec代表10倍频程)降至最低0.19 V·dec~(-1),迟滞现象减弱,但阈值电压(V_(th))负向漂移甚至导致器件无法关断;高氧气氛退火可抑制V_(th)负向漂移。此外,N_c和μ_H均随退火温度升高而升高;高氧气氛退火可抑制N_c,这可能与氧在薄膜表面吸附,从而修复氧空位有关;氧气退火能更好地修复薄膜中的缺陷。     

磁控溅射法制备大晶粒铜锌锡硫薄膜的研究

采用磁控溅射Cu、Sn、Zn金属单质靶制备铜锌锡(CZT)金属预制层,在220℃下合金,然后在高温610℃硫化配合低速升温工艺对CZT前驱体进行退火,制备出晶粒尺寸为1~2μm的Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对薄膜样品进行结构、表面形貌和组分表征.最后沉积缓冲层、ZnO窗口层,蒸镀Al电极,制备出CZTS薄膜太阳电池,测量得到电池开路电压(V_(oc))为574 mV,短路电流密度(J_(sc))为8.98 mA/cm~2,填充因子(FF)为37.8%,电池转换效率为1.95%.     

预热温度对Sb2（S,Se）3薄膜性能的影响

通过溶胶凝胶法研究不同预热温度（140℃、170℃、200℃、230℃）对Sb₂（S,Se）₃薄膜性能及其太阳电池转化效率的影响,利用XRD、Raman、SEM、UV、光电化学测试对Sb₂（S,Se）₃薄膜结构与光电性能进行表征,并对制备的薄膜器件进行I-V特性曲线表征。由XRD衍射和Raman散射测试表明,硒化后的样品均掺入了Se原子。预热温度为200℃时,Sb₂（S,Se）₃的（120）、（130）、（230）衍射峰相对强度最大,表明晶体结晶质量提升的同时,具有一定取向。SEM表征发现,Sb₂（S,Se）₃薄膜的形貌以及薄膜表面平整度与前驱体的预热温度密切相关;合适的衬底预热温度（200℃）可以快速将有机溶剂分解挥发,使Sb₂S₃前驱体薄膜迅速沉积在衬底表面。200℃时Sb₂（S,Se）₃薄膜光电性能最好,暗电流相对最平稳...     

掺锡In_2O_3薄膜的晶粒生长及其微观结构性质研究

以氧化锡(SnO_2)掺杂的氧化铟(In_2O_3)陶瓷靶作为溅射源材料,利用射频磁控溅射工艺在普通玻璃基底上沉积了掺锡In_2O_3(In_2O_3:Sn)薄膜样品,通过XPS、XRD和SEM等表征手段,研究了基底温度对薄膜晶粒生长和微观结构的影响.结果表明,所有In_2O_3:Sn样品均为多晶薄膜并具有体心立方铁锰矿晶体结构,基底温度对晶粒生长特性和微观结构性能具有明显的影响.基底温度升高时,薄膜沿(222)晶面的织构系数和平均晶粒尺寸先增大后减小,而位错密度和晶格应变则呈现相反的变化趋势.当基底温度为250℃时,In_2O_3:Sn样品沿(222)晶面的织构系数最高、平均晶粒尺寸最大、位错密度最小、晶格应变最低,薄膜具有最佳的(222)晶面择优取向生长特性和微观结构性能.     

作为高效水氧化催化剂的多面体Cu_2S块状晶体溶剂热合成

以泡沫铜(CF)、硫代乙酰胺(TAA)为铜源和硫源,乙醇胺(en)为络合剂,乙醇为溶剂,在溶剂热的条件下,Cu~(2+)和en形成的[Cu(en)_2]~(2+)金属络合物,与溶液中的S~(2-)反应得到不稳定的无机-有机Cu_2S-TAA前驱体。由其作为分子模板控制晶体的生长,制备了生长于泡沫铜基底上的Cu_2S十四面体,将其作为高效的水氧化催化剂对Cu_2S催化剂的阳极析氧电化学性能进行测试。结果表明:在1 mmol/L KOH电解液中,当电流密度为20 mA/cm~2时,过电位为200 mV,并且可以保持长达30 h的持久稳定性。     

Sn掺杂In_3O_2半导体薄膜的制备及其性能研究

采用磁控溅射方法在玻璃基底上制备了Sn掺杂In3O2(In3O2:Sn)半导体薄膜,通过XRD、XPS、四探针仪和分光光度计等测试表征,研究了生长速率对薄膜结构和光电性能的影响.结果表明:所制备的薄膜均具为(222)择优取向的立方锰铁矿结构,其结构参数和光电性能明显受到生长速率的影响.当生长速率为4 nm/min时,In3O2:Sn薄膜具有最大的晶粒尺寸(32.5 nm)、最高的可见光区平均透过率(86.4%)和最大的优值因子(7.9×104Ω-1·m-1),其光电性能最好.同时采用Tauc公式计算了样品的光学带隙,结果表明:光学带隙随着生长速率的增大而单调减小.     

锆钛酸钡钙铁电薄膜的制备及性能研究

利用溶胶-凝胶(sol-gel)法,在Pt/TiO_2/SiO_2/Si衬底上制备出无铅钙钛矿结构薄膜Ba_(0.8)Ca_(0.2)-Zr_(0.05)Ti_(0.95)O_3。溶胶液旋涂后进行前烘时,温度由室温缓慢上升至200℃有利于得到表面较为平整的薄膜。通过XRD、铁电测试仪和AFM对薄膜微观结构及电学性能进行表征,研究退火温度、退火时间等退火工艺对薄膜晶体结构与电学性能的影响。实验结果表明在退火温度和退火时间分别为700℃、11 min时,得到具有饱和极化值、剩余极化值分别为19.6μC/cm~2和5.6μC/cm~2的BCZT钙钛矿结构铁电薄膜。     

溶胶凝胶法制备钙改性钛酸铅铁电薄膜及其光学性质研究

用溶胶-凝胶法在(100)Si及石英衬底上成功地制备了钙改性钛酸铅铁电薄膜．X射线衍射研究结果表明,晶化好的PCT薄膜是多晶钙钛矿结构．用SEM、AFM对薄膜的形貌进行了表征,发现薄膜致密均匀、晶粒随着退火温度的升高而长大,700℃退火后薄膜的晶粒大约为55nm．用紫外-可见分光光度计在波长190-1000nm范围内,测量了不同温度退火的PCT薄膜的光学透射率．结果表明600℃、700℃、800℃退火的薄膜样品,其禁带能分别为3．74eV,3．7leV和3．66eV．     

硒化法制备铜铟铝硒薄膜及其性能研究

采用中频交流磁控溅射方法制备了CIA前驱膜,并采用固态硒化法进行处理,获得了CIAS吸收层薄膜。采用SEM和XRD观察和分析了薄膜的成分、组织结构和表面形貌。结果表明,通过调节CIA前驱膜的Al含量可制备得到Cu/(In Al)原子比接近1,且Al/(In Al)比例可调的CIAS薄膜。CIAS薄膜由Cu(In1-xAlx)Se2固溶体相组成,Al主要是以替代In的固溶形式存在。     

热处理温度对溶胶-凝胶法制备的Ce_(0.97)Co_(0.03)O_2薄膜结构和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法,在Si(100)衬底上制备了3%Co掺杂CeO2薄膜,研究了不同热处理温度对Ce0.97Co0.03O2薄膜结构和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)表明,3%Co掺杂CeO2薄膜为多晶薄膜,且未破坏CeO2原有的结构,随着退火温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大。椭偏光谱法研究表明,Ce0.97Co0.03O2薄膜的光学常数(折射率n、消光系数k)随着退火温度增加而增大,光学带隙Eg随退火温度增加而减小,这是薄膜结构随退火温度增加发生变化所致。     

汞黝铜矿的研究

汞黝铜矿产于贵州省504铀汞钼多金属矿床中的含铀—硒方解石脉中,经电子探针分析结果（％）为:S 20.12—23.46平均21.76,Cu 35.02—38.15平均36.59,Hg 13.06—16.38平均15.17,Sb 24.53—26.47平均25.61,Se 0—1.56平均0.53,As 0—0.71平均 0.24,Fe 0—0.15平均0.03.根据平均化学成分计算,其分子式为Cu_(10)(Hg_(1.43)Cu_(0.91)Fe_(0.01))_(2.35)(Sb_(3.99)As_(0.06))_4.05（S_(12.87)Se_(0.13)）_13,简化式为Cu_(10)(Hg,Cu)_2Sb_4S_(13)。     

p沟道Cu_2O半导体薄膜场效应晶体管的制备及Ⅳ特性研究

采用磁控溅射掩膜制备工艺,在n型Si衬底上分别制备了底栅型p沟道Cu_2O半导体薄膜场效应晶体管(TFTs).用XRD、SEM、XPS等检测分析方法对不同条件下制备的Cu_2O薄膜的晶体结构、表面形貌、化学成分进行了表征.对O_2通量、退火温度及沟道宽度等因素对半导体薄膜及器件特性的影响进行了对比研究.研究发现,O_2通量是制备Cu_2O半导体薄膜的关键因素,器件I_(DS)电流的绝对值随着栅压的绝对值的增大而增大,具有典型的p沟道增强型场效应晶体管特征.其Ⅳ特性与溅射沉积时间、沟道宽度、退火因素等有关,真空退火处理后有助于提高器件的I_(DS)的绝对值.测试表明,制备的沟道宽度为50μm的典型器件的电导率、电流开关比和阈值电压分别为0.63S/cm,1.5×10~2及-0.6V.     

热注入法合成米粒状Cu_2ZnSnS_4

以乙酸锡(Sn(OAc)_4)、CuCl_2·2H_2O和ZnCl_2为金属前驱体原料,正十二硫醇(1-DDT)作为硫源,油胺(OAm)作为溶剂,采用热注入法合成铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)纳米晶体,考察反应温度、反应时间、溶剂和离子掺杂对晶体形貌、尺寸的影响。将产物用无水乙醇洗涤后分散到正己烷中制成胶体溶液,采用X线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见近红外光谱仪(UV-Vis)、拉曼光谱仪和能谱仪(EDS)对合成的纳米晶体进行表征。结果表明:米粒状产物属于纤锌矿Cu_2ZnSnS_4,粒子长度为10～30 nm,它对应的禁带宽度为1. 52 eV。     

溶胶—凝胶法制备Cu2ZnSnS4薄膜及其表征

采用溶胶—凝胶法和旋涂技术在FTO玻璃衬底上制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)前驱体薄膜,在氩气氛围中退火后获得Cu2ZnSnS4薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外—可见分光光度计(UV-VIS)对样品进行表征分析结果表明:450℃退火后的样品为纯相的Cu2ZnSnS4,样品的晶粒尺寸较大,禁带宽度接近太阳光谱的禁带宽度.     

以无机盐为出发原料的喷雾热解法制备ITO薄膜的研究

分别以In(NO3)3·4.5H2O与InCl3·4H2O为出发原料、SnCl4·5H2O为掺杂剂、乙酰丙酮(AcAcH)为螯合剂、甲醇为溶剂使用喷雾热解法在普通钠钙玻璃板上制备了ITO薄膜。以In(NO3)3·4.5H2O为出发原料沉积ITO薄膜速率慢,沉积出的薄膜无择优取向,其晶粒在100~150nm之间,品质因数为4.03×10-3Ω-1;而以InCl3·4H2O为出发原料沉积ITO薄膜速率快,沉积出的薄膜具有(400)择优取向,其晶粒尺寸在200~400nm之间,品质因数为5.85×10-3Ω-1。     

在ITO玻璃衬底上制备钛酸铋铁电薄膜

利用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Sn的In2O3导电透明薄膜(ITO)衬底上制备了钙钛矿型Bi4Ti3O12铁电薄膜,研究了退火温度对铁电薄膜结构和性能的影响.X-射线衍射分析表明,经650℃和650℃以上温度退火的薄膜为具有层状钙钛矿型结构Bi4Ti3O12的铁电薄膜.在750℃退火20 min得到Bi4Ti3O12铁电薄膜的剩余极化强度Pr=10μC/cm2,矫顽场Ec=45 kV/cm.     

溶胶凝胶法制备ZnO薄膜及性质研究

以二水醋酸锌为原料,使用溶胶凝胶法在(100)Si衬底上旋转涂敷得到ZnO薄膜.采用傅立叶变换红外光谱和X射线衍射(XRD)分析经N2、空气、O2不同气氛400℃退火ZnO薄膜的成分和结构差异.使用XRD、原子力显微镜和光致发光手段重点研究了N2气氛条件下,ZnO薄膜结构与发光特性随退火温度的变化规律,发现400℃下退火更适于干凝胶薄膜经历结构弛豫,生成具有(002)择优取向、性质优良的纳米晶ZnO薄膜.计算该样品的晶粒尺寸为41.6 nm,晶格常数a=0.325 3 nm,c=0.521 nm,其PL光谱出现495 nm附近强的绿光发射峰,可能源于ZnO纳米晶粒表面缺陷氧空位(Vo).随着退火温度升高,ZnO生成量减少、晶粒体表面积比(S/V)减小共同作用导致绿光峰强度变弱.