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_2Sn(S,Se)_3薄膜的溶液法制备及其光电性能研究

采用低廉、简便及易于控制元素组成的溶液法在钠钙玻璃和钼玻璃基底上沉积Cu-Sn-S前驱体膜,随后在N_2保护下硒化获得到Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜,并通过调控前驱薄膜的硒化退火温度,实现了对薄膜形貌、物相结构、电学及光学性能的有效调制.研究结果表明,适当的硒化退火温度,如480℃,可得到表面平整、结晶度高、晶粒致密和双层结构(上层大、下层小晶粒)的Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜,其带隙为1.28 eV,载流子浓度可低至6.780×10~(17) cm~(-3),迁移率高达18.19 cm~2·V~(-1)·S~(-1),可用于薄膜太阳能电池的光吸收层.     

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%.     

Cu2ZnSn(S,Se)4纳米晶薄膜

Cu₂ZnSn(S,Se)₄(CZTSSe)材料因其光吸收系数高,具有理想的带隙,且所含元素丰度高、无毒等特性,非常适合作为太阳能电池的吸收层材料,有望成为低成本和高性能光伏发电的材料之一,引起广泛的关注.介绍了CZTSSe材料的基本物理性质及其纳米晶的生长机制,重点介绍了热注入方法合成CZTSSe纳米晶的过程,概述了目前CZTSSe纳米晶薄膜太阳能电池的现状,最后探讨了CZTSSe薄膜太阳电池中存在的问题及以后的发展方向.     

Cu_2ZnSnS_4纳米晶的合成和表征

用乙酰丙酮铜、二水醋酸锌、氯化亚锡和高纯硫分别作为反应的铜源、锌源、锡源和硫源,油胺充当反应溶剂和活性剂,采用热注入法在不同的温度和反应时间下合成出了Cu_2ZnSnS_4纳米晶体.然后,使用X射线衍射、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段分别对Cu_2ZnSnS_4纳米晶体的晶格结构、吸收谱线和表面形貌进行了表征.通过对比发现,在270℃时合成出的纳米晶体比较纯净,纳米晶体颗粒的尺寸在一定反应时间内随反应时间的延长而增大.得到的产物在有机溶剂甲苯中分散性良好.这样的"墨汁"溶液在后期制备薄膜太阳能电池更有利.     

电沉积合金预制层后退火制备铜锌锡硫薄膜及其光伏特性

采用电沉积铜锌锡(Cu-Zn-Sn,CZT)合金预制层后退火制备薄膜太阳电池用吸收层材料铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)。利用扫描电镜、X线能量色散谱仪、X线衍射仪、拉曼光谱等检测方法对不同预制层成分下制备的CZTS薄膜的表面形貌、成分和物相结构进行表征与分析。研究结果表明:随着预制层中铜摩尔分数的增加,CZTS薄膜(112)面衍射峰半峰宽呈现先减小后增大的趋势,在物质的量比n(Cu)/n(Zn+Sn)=0.83和n(Zn)/n(Sn)=1.31的条件下获得半峰宽最小、结晶性能最好的CZTS薄膜;贫铜贫锌条件下制备的薄膜中存在SnS_2二次相,贫铜富锌条件下制备的薄膜中存在少量ZnS二次相;富铜富锌条件下制备的薄膜中存在Cu-S二次相;二次相对薄膜光电响应具有重要影响,贫铜富锌的样品光电响应性能较好,无光电流衰减现象,光电流密度最大可达到0.6 mA/cm~2;最优成分下制备的CZTS太阳电池在100 mW/cm~2光照条件下获得光电转换效率为3.27%。     

双靶共溅射Cu-Sb合金预制层后硫化法制备CuSbS_2光伏薄膜及其性能

采用双靶共溅射Cu-Sb合金预制层后硫化法制备铜锑硫(Cu Sb S2)薄膜,研究溅射功率对合金成分的影响,并采用X线能量色散谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X线衍射(XRD)和紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)等对硫化后薄膜进行表征,同时制备Cu Sb S2太阳能电池器件并对其输出特性进行表征和分析。研究结果表明:三元Cu Sb S2相由预制层中金属被硫化生成的二元硫化物Cu S和Sb2S3相互反应形成。在400℃下硫化退火可制得结晶良好、表面致密的Cu Sb S2薄膜,其带隙宽度为1.46 e V,并在可见光区具有大于5×104 cm-1的光吸收系数。制作的glass/Mo/Cu Sb S2/Cd S/i-Zn O/Al-doped Zn O/Ag薄膜太阳能电池器件在太阳总辐照度为100 m W/cm2下测试,获得的开路电压和短路电流密度分别达150 m V和1.29 m A/cm2。     

Cu对溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4的前驱体溶液,结合旋转涂覆法和空气中的预热处理技术制备不同金属含量Cu/(Zn+Sn)=x(0.5,0.8,1.0)的CZTS薄膜样品.利用XRD和紫外可见分光光度法,对CZTS薄膜晶体结构和光学性能进行表征.结果表明:样品XRD图谱中可以观察到锌黄锡矿结构CZTS的(112)、(220)、(312)衍射峰,且沿(112)峰择优生长;随着Cu掺杂浓度的增加,禁带宽度变小,可获得最佳接近太阳能电池要求的带隙值1.42eV.     

含氯对位芳香族聚酰胺热分解过程中的TG-FTIR与Py-GC/MS分析

对于两种不同相对分子质量的含氯对位芳香族聚酰胺(Cl-PPTA)薄膜样品和聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)粉末样品,采用热失重-傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)和裂解色谱-质谱(Py-GC/MS)分析其热分解过程.由TG分析得到了样品在空气和氮气气氛下的特征性温度,表明在有氧情况下Cl-PPTA的热稳定性比PPTA好,而且在氮气气氛下高温残留率比PPTA高.在空气气氛下,ClPPTA热分解的主要产物为HCN、CO、CO2、NO2和H2O,且CO2吸收峰最强;将Cl-PPTA薄膜在氮气气氛下进行高温处理,对得到的产物进行IR分析,显示羰基吸收峰逐渐减弱且出现新末端基团或官能团;而高温下Py-GC/MS的结果表明CO2和苯环是Cl-PPTA主要的裂解产物;随着裂解温度的改变,Cl-PPTA气相色谱和质谱发生很大变化,这些裂解产物可以帮助分析Cl-PPTA薄膜的裂解机理.     

铜溅射时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

采用磁控溅射方法制备铜溅射时间分别为1.5 h和2 h的Cu/Sn/ZnS前驱体薄膜,然后利用双温区高温管式炉对两种薄膜进行硫化处理制备Cu_2ZnSnS_4.利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪和紫外—可见分光光度计对薄膜的结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征.结果表明:溅射1.5 h的Cu制备的薄膜表面存在大量杂质,表面很不平整;溅射2 h的Cu的薄膜表面呈现均匀致密的颗粒状薄膜,且具有更大的晶粒尺寸;溅射2 h的Cu的薄膜为单一CZTS相,其化学成分原子比更接近Cu_2ZnSnS_4化学计量比.     

烧结气氛对BNT-BKT-ST薄膜结构和性能影响

压电薄膜具有优异的压电性能、铁电性能和光学非线性能,被广泛的应用于存储器、微传感器和微驱动器等领域中.采用溶胶-凝胶法制备了0.95(0.8Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.2Bi_(0.5)K_(0.5))TiO_3-0.05SrTiO_3(BNT-BKT-ST)无铅压电薄膜,并在氧气气氛和氮气气氛下分别对薄膜进行了烧结处理,研究了烧结气氛对其结构、漏导、介电、压电和铁电性能的影响.阐明了通过烧结气氛控制薄膜微观结构,从而调控薄膜的电学性能的物理机制.结果表明:与氮气气氛相比,在氧气气氛下烧结获得的BNT-BKT-ST薄膜具有更大的晶粒尺寸,更致密的显微结构;氧气氛有效抑制了在晶粒界面,薄膜和衬底界面氧空位O~(2+)和缺陷的形成;极大降低了BNT-BKT-ST薄膜漏导(J=1.3×10~(-7 )A/cm~2);有效提高了BNT-BKT-ST薄膜的介电性能(ε=470,η=49%),铁电性能(2P_r=14μC/cm~2)和压电性能(d_(33,f)=80pm/V).     

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。     

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)。     

Cu_2ZnSn(S,Se)_4纳米晶薄膜太阳能电池的研究进展

Cu2Zn Sn(S,Se)4(CZTSSe)材料因其光吸收系数高,具有理想的带隙,且所含元素丰度高、无毒等特性,非常适合作为太阳能电池的吸收层材料,有望成为低成本和高性能光伏发电的材料之一,引起广泛的关注.介绍了CZTSSe材料的基本物理性质及其纳米晶的生长机制,重点介绍了热注入方法合成CZTSSe纳米晶的过程,概述了目前CZTSSe纳米晶薄膜太阳能电池的现状,最后探讨了CZTSSe薄膜太阳电池中存在的问题及以后的发展方向.     

预制层结构对CZTS薄膜微观组织和光学性能的影响

研究了叠层顺序对磁控溅射沉积铜锌锡硫（CZTS）吸收层的微观结构、表面形貌和光学性能的影响.试验结果表明：当预制层结构为Cu/ZnS/SnS₂时,制备的CZTS薄膜在（112）晶面具有择优生长取向,并具有较好的结晶一致性,在288,335和368 cm^-1处呈现出特征拉曼（Raman）峰,薄膜表面晶粒较大、形状规则、薄膜空隙较少、比较致密,可见光范围内的吸收系数较高,光学带隙1.5 eV,适合作为CZTS薄膜太阳能电池的吸收层;当预制层结构为SnS₂/Cu/ZnS和ZnS/SnS₂/Cu时,由于在预制层硫化过程中造成一定的Zn和Sn流失,使CZTS薄膜中含有CuS杂相,导致薄膜表面质量下降,禁带宽度增加,不适合做CZTS薄膜太阳能电池的吸收层.     

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.     

WO_3-NiO电致变色薄膜的制备与性能

以硫酸镍(NiSO_4)和钨酸钠(Na_2WO_4·2H_2O)为原料,采用低温化学浴沉积法在ITO导电玻璃上制备NiO和WO_3电致变色薄膜,并通过物理方法制备WO_3-NiO电致变色器件。本文探索了溶液的浓度和pH对薄膜沉积的影响。采用低温化学浴沉积法直接制备的薄膜为Ni(OH)_2。实验结果表明当溶液浓度为0.02～0.5 M,pH在9.6～11.6之间,均可以得到致密、均匀的Ni(OH)_2薄膜。其中,当硫酸镍浓度在0.05 M、pH调至11.3时能得到致密均匀且透过率高的氢氧化镍薄膜。该薄膜退火后可转化为NiO。当Na_2WO_4·2H_2O溶液浓度在0.02 M至0.06 M,pH为1.2时,能得到致密均匀的WO_3薄膜。此外,钨酸钠浓度在0.06 M且pH调至1.2时,得到致密均匀透过率高的WO_3薄膜。将NiO-WO_3薄膜组装成器件后光学调制为28%左右,能得到所需的电致变色器件。     

Cu_2O的生成对CuO纳米薄膜电极锂离子电池特性的影响

以铜箔为基底,采用一步水热法制备CuO纳米结构薄膜,通过XRD、SEM、XPS对所制薄膜的形貌、成分进行分析,并测试CuO薄膜电极的锂离子电池特性,研究铜基底与CuO薄膜之间生成的Cu_2O对电池性能的影响。结果表明,较高反应温度有利于铜基底和薄膜之间Cu_2O的生成,且利于改善CuO薄膜纳米结构;140℃反应温度下生长出的CuO薄膜电极,其比电容和电容保持率均高于80℃反应温度下生长出的CuO薄膜电极,其电池循环能力更强,这与铜基底和CuO薄膜之间产生的Cu_2O层有关。     

Cu_2(OH)_2CO_3-Zn_(0.5)Cd_(0.5)S光催化剂的制备及光解水制氢性能研究

为提高Zn_(0.5)Cd_(0.5)S的光解水制氢活性,采用沉淀法,原位合成了Cu_2(OH)_2CO_3-Zn_(0.5)Cd_(0.5)S光催化剂.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、固体紫外漫反射和气相色谱等测试方法表征了样品的结构、形貌、光吸收性能以及光催化制氢性能.研究了Cu_2(OH)_2CO_3的含量对光催化性能的影响,并探讨了其作为助催化剂的内在机制.结果表明,Cu_2(OH)_2CO_3中的Cu2+可以被Zn_(0.5)Cd_(0.5)S迁移出来的电子还原成Cu+/Cu0,从而加速Zn_(0.5)Cd_(0.5)S的产氢速率.当Cu_2(OH)_2CO_3与Zn_(0.5)Cd_(0.5)S的摩尔比为0.25%时,光催化产氢量最高.     

烧结气氛对氮化铝陶瓷结构与性能的影响

以高温自蔓延法合成的氮化铝(AlN)粉末为原料,加入5%Y2O3作为烧结助剂,注射成形后分别在氮气和还原性氮气氛中1850℃常压烧结成AlN陶瓷,研究烧结气氛对AlN陶瓷结构与性能的影响.研究表明,不同气氛中烧结的AlN陶瓷的密度、第二相和热扩散系数有所不同,氮气中烧结的AlN陶瓷的密度、第二相和热扩散系数分别为3.20g·cm-3、钇铝酸盐(Y3Al5O12和Y4Al2O9)和0.559cm2·s-1;还原性氮气氛中烧结的AlN陶瓷的密度、第二相和热扩散系数为3.00g·cm-3、氮化钇(YN)和0.581cm2·s-1.扫描电镜(SEM)分析显示氮气氛中烧结的AlN陶瓷结构均一,而还原性氮气氛中烧结的AlN陶瓷内外结构不一致,容易产生变形.