不同硫化温度下铜锌锡硫薄膜的微观组织结构表征

在覆盖Mo层的钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积后续硫化处理方式制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高角环形暗场像和X射线能谱仪等表征技术,研究不同硫化温度下CZTS薄膜形成过程中微观组织结构的变化.结果表明:硫化温度升高到400℃以上形成CZTS四元结晶相组成的薄膜,在400～550℃之间,随硫化温度的升高CZTS相增多且尺寸增大,600℃硫化时,CZTS相出现分解现象.硫化温度对薄膜影响显著,近钼层颗粒尺寸较小,表层颗粒尺寸较大.温度较低时薄膜的表层中Cu和S富集形成CuS,近钼层中Zn和Sn含量较多.随着温度升高,Cu、Zn、Sn和S不断扩散,分布更加均匀,形成的CZTS相结晶性愈好,晶粒不断长大成等轴晶,且CZTS晶粒出现孪晶.     

硫化物纳米墨水涂覆法制备铜锌锡硫太阳电池

利用共沉淀法制备CuS和SnS纳米颗粒,并将其与锌离子混合配置成固液混合纳米墨水,再通过涂覆后硫化法在钼玻璃基底上制备了铜锌锡硫(CZTS)薄膜.研究了硫化退火温度对CZTS薄膜成分、形貌和结构等性能的影响,获得了较优的退火温度为580℃;基于该工艺制作了光电转换效率为0.58%的CZTS薄膜太阳电池器件.     

常压射频等离子体沉积TiO_2纳米晶颗粒薄膜的气相反应影响因素分析

采用常压射频等离子体增强化学气相沉积法(AP-PECVD)制备了TiO_2纳米晶颗粒薄膜,研究了不同等离子体滞留时间下气相反应对沉积过程的影响.采用发射光谱(OES)测量拟合了等离子体的电子温度Te约为32 492.6K、离子温度Ti约为850K,采用热电偶(TC)在线测量等离子体外电极温度T约为662K;由于沉积所获样品为TiO_2锐铁矿晶型,认为等离子体气相温度为662~850K,主要受功率密度的影响.外加电压和电流的研究结果表明,放电形式为等离子体容性耦合辉光放电.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)等测量了沉积薄膜的形貌和结构,分析后发现:当反应气体在等离子体相滞留时间仅为27ns时,沉积的薄膜就开始出现明显的锐钛矿相TiO_2结晶结构,并均为粒径10nm左右的纳米颗粒组成的薄膜;同时随着滞留时间的增加,结晶度增加,薄膜的形貌由分离的纳米团簇变为由锐钛矿纳米颗粒连接的多孔均匀薄膜.研究结果对快速制备多孔锐钛矿TiO_2纳米晶颗粒薄膜有重要的指导意义.     

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.     

ZnO纳米棒对倒序Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池光电性能的影响

为了提高光生电子在半导体纳晶薄膜的输运速度,在导电玻璃基底上通过先沉积种子层、再生长ZnO薄膜的方法,制备了结构均匀、垂直基底的ZnO纳米棒.采用溶液法并经硫化在ZnO纳晶薄膜上制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜,分别以聚噻吩和铜为空穴传输层和对电极组装倒序结构CZTS薄膜太阳能电池.通过改变ZnO纳米薄膜的微观形貌,研究用于电子传输的纳晶薄膜的微观结构对倒序结构CZTS薄膜光电性能的影响.实验结果表明:与ZnO纳米颗粒相比,由于Zn O纳米棒有利于CZTS吸收层电子空穴的分离和光生电子在ZnO纳晶薄膜内的输运,减少光生电子和空穴的复合,倒序CZTS太阳能电池的光电转换效率从0.04%提高到0.31%.     

Cu_2ZnSnS_4粉体材料的制备及其性能研究

采用固相反应法制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉体材料,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品的形貌和晶体结构进行了表征,采用紫外-可见-近红外分光光度计对样品的光学性能进行了测试,研究了热处理温度对CZTS样品的晶体结构、光吸收系数和禁带宽度等性能的影响关系.研究结果表明:使用固相反应法在热处理温度高于500℃时,得到的CZTS粉体材料结构为典型的锌黄锡矿晶体结构,其禁带宽度为1.45eV,SEM照片显示样品粒径为50μm的粉体.该材料可以用来压制CZTS靶材,可以用在CZTS薄膜材料的制备领域.     

CdS纳米棒的合成及硫源的影响

溶剂热法合成CdS纳米棒,分别考察了反应介质尤其是硫源对CdS生成的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等对合成的CdS纳米棒的形貌和结构进行分析、表征.结果表明,以乙二胺为溶剂可以合成出CdS纳米棒,不同硫源合成的CdS纳米棒长度明显不同,这可能与硫源的水解释放S2-机理有关.     

水热合成法制备六方形纳米盘Cd(OH)2

采用简单易行的水热方法合成六边形纳米Cd(OH)₂, 阐述了反应机理并讨论了温度和矿化剂对该产物物相和形貌的影响. 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射仪(SEAD)对产物的结构与形貌进行表征, 结果表明, 制得的Cd(OH)₂纳米颗粒形状规则.     

水热合成法制备六方形纳米盘Cd(OH)2

采用简单易行的水热方法合成六边形纳米Cd(OH)₂, 阐述了反应机理并讨论了温度和矿化剂对该产物物相和形貌的影响. 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射仪(SEAD)对产物的结构与形貌进行表征, 结果表明, 制得的Cd(OH)₂纳米颗粒形状规则.     

硫化铋纳米棒的制备及性能研究

采用水热法以Bi(NO3)3.5H2O为铋源、CH3CSNH2为硫源、尿素为矿化剂在丙三醇与水的混合溶剂中合成较小尺寸的Bi2S3纳米棒,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis-NIR)、荧光分光光度计(PL)等对样品进行检测表征.结果表明:制备的Bi2S3为纯相正交结构,形貌和尺寸受到S与Bi的比例、溶剂种类、反应温度和反应时间等因素影响.通过控制不同的条件可得到形貌均一的纳米棒.并对小尺寸Bi2S3纳米棒的光学性能及生长过程进行了初步讨论.     

硫化铋纳米棒的制备及性能研究

采用水热法以Bi(NO3)3.5H2O为铋源、CH3CSNH2为硫源、尿素为矿化剂在丙三醇与水的混合溶剂中合成较小尺寸的Bi2S3纳米棒,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis-NIR)、荧光分光光度计(PL)等对样品进行检测表征.结果表明:制备的Bi2S3为纯相正交结构,形貌和尺寸受到S与Bi的比例、溶剂种类、反应温度和反应时间等因素影响.通过控制不同的条件可得到形貌均一的纳米棒.并对小尺寸Bi2S3纳米棒的光学性能及生长过程进行了初步讨论.     

CZTS在快速硫化过程中的相转变

首先采用磁控共溅射的方法在镀钼钠钙玻璃上制备了Cu-Zn-Sn三元金属预制层，再以硫粉为硫源，用快速退火处理(RTP)炉分别在200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃和600℃进行1 h快速热处理，得到不同温度硫化的薄膜，分别采用XRD、Raman、SEM进行物相和表面形貌的表征.结果表明，在硫化退火过程中，在250～300℃,首先形成的二元相有Cu₂S、ZnS、SnS;在300～350℃,三元相Cu₂SnS₃形成；超过350℃时，晶粒尺寸较小的Cu₂ZnSnS₄(CZTS)开始形成；随着温度继续升高，CZTS的晶粒逐渐长大，杂相减少；当温度达到500℃时，表面形成结晶性好、晶粒尺寸大且无杂相的CZTS薄膜.通过对XRD和Raman图谱的分析，确立了各个温度区间发生相转变的化学反应方程式.     

纳米Cu/SiO2薄膜制备及其性能

采用热蒸发在载玻片和SiO_2衬底上沉积约5. 12 nm的Cu薄膜,再用退火炉分别进行100、200、300、400和500℃等5个温度退火,得到不同温度下的纳米Cu薄膜.用原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究不同退火温度对纳米Cu薄膜表面形貌、粒子分布和光学性质的影响.实验结果表明:当纳米Cu薄膜在载玻片上生长Cu颗粒阵列时,需要将退火温度控制在200℃左右;若使纳米Cu薄膜在SiO_2薄膜表面也能生长Cu颗粒阵列,退火温度比没有沉积SiO_2薄膜的衬底高100℃,此时纳米Cu颗粒对应方均根粗糙度为7. 20 nm、峰高(Skewness)为1. 75,以及偏态(Kurtosis)为5. 67,仅透射率略低9%.这样的Cu颗粒阵列更利于做超结构薄膜与完美吸收的顶层纳米金属颗粒.当退火温度为500℃时,载玻片上生长Cu薄膜的透射率出现一个相对稳定的波段,该工艺条件制备出来的纳米Cu薄膜,可以用来制作一些微型芯片,而SiO_2薄膜表面生长使纳米Cu薄膜对应方均根粗糙度为6. 25 nm、峰高为0. 57,以及偏态为2. 66.这样的Cu颗粒阵列不仅能够做大频率光电波吸收,还可以用作全固态电池中电解质上层的导电层.     

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。     

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.     

基于微凝胶模板法制备新型P(AM-co-MAA)/Cu_2O复合微球的研究

采用反相乳液聚合法合成的P(AM-co-MAA)高分子微球为模板,经Cu(Ac)2溶液溶胀后,以抗坏血酸为还原剂,通过两相界面反应,制得新型P(AM-co-MAA)/Cu2O有机-无机复合微球材料.考察了抗坏血酸用量、Cu(Ac)2浓度、反应温度、NaOH用量等因素对复合微球形貌和组成的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外分析仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)、X射线衍射分析仪(XRD)对复合微球的表面形貌和组成进行了表征.实验表明,高分子的模板作用使得复合微球整体上呈现球状结构,微球大小主要决定于模板的尺寸.由于此复合微球不仅具有微米级材料容易分离的优点,而且同时兼有纳米级颗粒比表面积大的特点,因此,这类材料有望在构筑纳米反应器、负载催化剂以及制备杀菌材料等方面具有广阔的应用前景.     

硫脲辅助溶剂热再结晶对CdS纳米颗粒形貌转变的影响

采用传统的溶剂热技术,以无水乙二胺(en)为溶剂,CdCl2·2.5H2O和硫脲(H2NCSH2N)为镉源和硫源,在相同的反应时间下,经过不同的反应温度合成了CdS纳米晶.利用X射线衍射(XRD)图谱和扫面电子显微(SEM)图像对CdS纳米晶产物进行表征,结果显示产物均为六方相的结构,当温度低于160℃时,产物为纳米颗粒状;当温度高于160℃时,产物为CdS纳米棒状.同时,着重研究了添加剂(硫脲)的添加量对CdS纳米颗粒再结晶产物形貌转变的影响,并分析了产物形貌转变的可能机制.     

液相回流法制备Cu_2ZnSnS_4粉末及其性能研究

分别以三乙烯四胺、乙二醇、三乙醇胺和N,N-二甲基甲酰胺4种还原性溶剂作为液相回流法的反应溶剂,以化学纯金属氯化物和沉降硫为原材料,尝试制备Cu2ZnSnS4(CZTS)粉末。采用XRD和Ranman光谱对所得产物的晶体结构和物相进行表征,采用SEM、EDS、UV-vis对所得产物的微观形貌、化学成分、光学性能进行表征。研究了反应温度和反应时间对CZTS粉末结晶质量、元素配比、表面形貌和光学性能等的影响。结果表明,当使用三乙烯四胺作为反应溶剂时,可得到纯相纤维锌矿结构的CZTS粉末。     

油水界面法制备纳米β-硅酸钙

采用油水界面法合成纳米β-硅酸钙粉体,研究了钙源、硅源、表面活性剂、回流温度及时间、煅烧温度对合成纳米β-硅酸钙的影响.采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对所制备粉体的物相、形貌进行表征.试验结果表明,以氯化钙为钙源,硅酸钠为硅源,油酸钠为表面活性剂,75℃下回流2h,800℃下煅烧,获得的纳米β-硅酸钙粉末为空心球结构,该空心球直径为103~338nm,壁厚为9~18nm,且分散性良好.采用油水界面法合成的该空心球结构的纳米β-硅酸钙,有望在生物医用材料领域获得应用.     

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%。