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周期性前驱体的预硫化处理对Cu2ZnSnS4薄膜的影响

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材料工程 2020年第3期48卷 155-162页

作者：黄晓梦许佳雄广东工业大学材料与能源学院

Cu2ZnSnS4薄膜具有组成元素来源丰富、吸收系数高等优点,是理想的薄膜太阳能电池吸收层材料。采用磁控溅射法沉积周期性金属叠层前驱体,再进行两步硫化处理制备出Cu2ZnSnS4薄膜,分析第一步硫化(即预硫化)对Cu2ZnSnS4薄膜特性的影响。结... 详细信息

Cu2ZnSnS4薄膜具有组成元素来源丰富、吸收系数高等优点,是理想的薄膜太阳能电池吸收层材料。采用磁控溅射法沉积周期性金属叠层前驱体,再进行两步硫化处理制备出Cu2ZnSnS4薄膜,分析第一步硫化(即预硫化)对Cu2ZnSnS4薄膜特性的影响。结果表明,预硫化处理可促进前驱体的硫化反应。经过预硫化处理的Cu2ZnSnS4薄膜的结晶度优于未进行预硫化处理的Cu2ZnSnS4薄膜。当预硫化温度为350℃时,增加预硫化时间有利于硫化反应的进行,并抑制Sn元素损失,但过长的预硫化时间导致Cu2ZnSnS4薄膜中易出现二次相,影响薄膜的特性。预硫化温度350℃、预硫化时间10 min的Cu2ZnSnS4薄膜结晶度最优,薄膜组分具有贫cu、富Zn特性,且薄膜表面无孔隙。

关键词： Cu2ZnSnS4 预硫化结晶度周期性磁控溅射

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微波法制备铜锌锡硫的研究进展

材料导报 2019年第13期33卷 2159-2166页

作者：沈韬柴鲜花孙淑红朱艳昆明理工大学信息与自动化工程学院昆明650093 昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093 中国材料学会青年工作委员会

尽管以铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)为代表的第二代薄膜太阳能电池已成功实现商业化,截至目前,以CIGS为吸收层的电池的效率已经突破23%,但由于In元素稀缺,Cd元素有剧毒,限制了该电池的大规模生产。铜锌锡硫(cu 2znsns 4,CZTS)是一种直... 详细信息

尽管以铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)为代表的第二代薄膜太阳能电池已成功实现商业化,截至目前,以CIGS为吸收层的电池的效率已经突破23%,但由于In元素稀缺,Cd元素有剧毒,限制了该电池的大规模生产。铜锌锡硫(cu 2znsns 4,CZTS)是一种直接带隙半导体,因具有禁带宽度合适、光吸收系数高、组分无毒和储量丰富等优点,而成为目前太阳能电池中最具有潜力的吸收层材料之一。目前以CZTS为吸收层的太阳能电池的效率已突破12%,已接近于商业化的多晶硅太阳能电池的效率。目前,CZTS粉体的制备方法主要为以溶剂热法、一锅法和热注入法为代表的溶液法。由于这些方法需要昂贵的仪器设备、复杂的操作顺序、较长的反应时间,且易产生杂相,严重制约着生产效率的提高。微波法也是一种溶液化学反应法,由于具有反应速度快、操作简单、效率高、加热均匀、能够减小热梯度等优势,近年在太阳能电池材料制备领域引起了广泛关注。微波法制备CZTS薄膜通常有一步成膜和两步成膜两种途径。两步成膜法先通过微波合成CTZS的粉体,再将粉体分散之后通过旋涂等方法获得CZTS的薄膜。采用这种方法得到的薄膜更加均匀、致密、稳定。然而,CZTS属于四元化合物,化学计量比的少量偏离就很容易产生其他杂相,因此如何减少和控制杂相的生成,制备纯相、形貌可控的CZTS纳米晶体并将其应用于薄膜太阳能电池显得至关重要。最近几年,除了研究CZTS对器件性能的影响外,研究者们主要从选择合适的有机溶剂、原料配比、反应时间、反应温度及表面活性剂等制备工艺方面不断尝试,并取得了丰硕的成果,在充分发挥微波法反应速度快、操作简单、效率高、加热均匀优势的同时大幅提升了器件效率。目前,以微波法合成的CZTS为吸收层材料制备的太阳能电池的转换效率已从最初的0.25%快速提高到4.92%。本文综述了近年来微波法制备CZTS粉末和CZTS薄膜的主要方法,总结了原料配比、溶剂、反应温度、反应时间和表面活性剂等对产物形貌、结构、光学性能等的影响,并对微波法制备CZTS的发展前景进行了展望,以期为制备更高转换效率的CZTS基太阳能电池提供参考。

关键词：微波 Cu2ZnSnS4 粉体薄膜

具有可见光增强芬顿活性的Ⅱ型2D/2D Cu2ZnSnS4/Bi2WO6异质结（英文）

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Chinese Journal of Catalysis 2020年第3期41卷 503-513页

作者：郭莉张开来韩宣宣赵强张媛媛戚勉王丹军付峰延安大学化学与化工学院陕西省化学反应工程重点实验室

高级氧化工艺(AOPs)是一种处理有机污染物的极具吸引力的技术.大量的前期研究工作集中在通过芬顿反应(Fenton)降解有机污染物.然而,芬顿反应需要在酸性条件下进行,必须在其过程中进行预处理.同时,反应后产生的含铁污泥需要进一步处理以... 详细信息

高级氧化工艺(AOPs)是一种处理有机污染物的极具吸引力的技术.大量的前期研究工作集中在通过芬顿反应(Fenton)降解有机污染物.然而,芬顿反应需要在酸性条件下进行,必须在其过程中进行预处理.同时,反应后产生的含铁污泥需要进一步处理以满足排放要求,从而限制了芬顿反应的发展.作为另一种AOPs,光催化技术因反应条件温和、操作简单和选择性好等优点受到广泛关注.研究表明,各种铁基和铜半导体光催化材料形成光-芬顿(Photo-Fenton)系统,可有效解决芬顿反应中高价金属离子/低价金属离子的循环问题.为了充分利用芬顿氧化技术和光催化氧化技术在降解有机污染物方面的各自优势,构建具有宽太阳光谱响应的新型光芬顿催化剂具有重要意义.由于其独特的层状结构和优越的有机物光催化性能,Bi2WO6作为结构最为简单的钙钛矿型层状氧化物,其禁带宽度为2.6-2.8 eV,可响应可见光,已成研究最多的光催化材料之一.研究表明,将Bi2WO6与合适的助催化剂耦合以构建异质结是提高光生载流子分离效率、拓宽Bi2WO6可见光响应范围的一种有效策略.在众多的窄带隙半导体助催化材料中,Cu2ZnSnS4作为一种p-型窄带隙半导体,可以响应可见光甚至近红外光.近年来,已经广泛报道了Cu2ZnSnS4可以作为与其他半导体光催化剂进行结合以提高光催化活性的有效助催化剂.在本文中,新型Cu2ZnSnS4/Bi2WO6(CZTS/BWO)异质结构通过简单的二次溶剂热法构建.异质结的成功形成得到了一系列表征方法的证实,比如XPS和HR-TEM.光催化活性结果表明,制备的CZTS/BWO异质结对有机污染物的降解具有优异的光催化性能,特别是当CZTS相对于异质结中BWO的质量分数为2%时.此外,加入过氧化氢(H2O2)可进一步提高染料和抗生素的降解效率.增强的光催化和光芬顿降解性能主要是由于BWO的引入,其提供了更多的活性位点,扩展了太阳光谱响应范围并加速了cu(Ⅱ)/cu(Ⅰ)的循环.催化剂的催化活性在经过四次循环实验后并没有显著降低.最终我们合理假设了光催化和光-芬顿催化机理.本项研究可为设计新型光-芬顿催化剂提供新的视角,即共同利用光催化活性和芬顿活性进行废水中残留有机物的净化.

关键词： Cu2ZnSnS4 Bi2WO6 2D/2D异质结光芬顿光催化

溶剂热法制备cu_2znsns_4粉末及其表征

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无机材料学报 2014年第5期29卷 487-492页

作者：周超冯清高延敏江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

采用溶剂热法,以cuCl2·2H2O、Zn(Ac)2·2H2O、SnCl4·5H2O作金属源,硫脲作硫源,乙二醇作溶剂,PVP作表面活性剂,制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉末。利用XRD、SEM、Raman、TEM、EDS、UV-Vis吸收光谱探讨了反应温度和反应时间对制备CZTS粉末的... 详细信息

采用溶剂热法,以cuCl2·2H2O、Zn(Ac)2·2H2O、SnCl4·5H2O作金属源,硫脲作硫源,乙二醇作溶剂,PVP作表面活性剂,制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉末。利用XRD、SEM、Raman、TEM、EDS、UV-Vis吸收光谱探讨了反应温度和反应时间对制备CZTS粉末的相结构、成分、形貌以及光学性能的影响。结果表明:反应温度和反应时间对CZTS粉末的颗粒形貌和光学性能影响较大,最佳合成温度为230℃,反应时间24 h。该条件下生成的CZTS粉末相较为纯净、结晶完全,形貌为表面嵌有薄片的微球,各元素原子比接近化学计量比,光学带隙为1.52 eV,与太阳能电池所需的最佳带隙接近。并对其形成机理进行了初步探讨。

关键词： Cu2ZnSnS4 溶剂热法反应时间反应温度

Cu2ZnSnS4-CdS复合材料的制备及其在光催化制氢中的应用

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复合材料学报 2019年第9期36卷 2169-2175页

作者：路彦丽王靖宇王建省张文丽曾雄丰华北理工大学材料科学与工程学院

为了进一步提高Cu2ZnSnS4的光催化制氢性能,首先通过水热法制备出Cu2ZnSnS4光催化材料,在此基础上加入Cd(CH3COO)2·2H2O和Na2S进行二次水热反应制备Cu2ZnSnS4-CdS复合材料。通过XRD、SEM、TEM、Raman及XPS等分析测试方法对Cu2ZnSnS4-Cd... 详细信息

为了进一步提高Cu2ZnSnS4的光催化制氢性能,首先通过水热法制备出Cu2ZnSnS4光催化材料,在此基础上加入Cd(CH3COO)2·2H2O和Na2S进行二次水热反应制备Cu2ZnSnS4-CdS复合材料。通过XRD、SEM、TEM、Raman及XPS等分析测试方法对Cu2ZnSnS4-CdS复合材料的物相结构、微观形貌和元素价态进行了表征。结果表明:成功制备了结晶性能较好的Cu2ZnSnS4-CdS复合材料。Cu2ZnSnS4-CdS复合材料是由球状和块状颗粒组成;Cu2ZnSnS4-CdS复合材料表面>95%的Cd和S原子(原子比为1∶1)的存在说明块状颗粒Cu2ZnSnS4表面生长的球形颗粒为CdS;在氙灯下的光催化制氢性能表明,Cu2ZnSnS4-CdS复合材料的光催化制氢效果明显优于Cu2ZnSnS4和CdS,产氢效率为296.17μmol(g·h)-1。

关键词：复合材料 Cu2ZnSnS4 CdS 两步水热法光催化 H2

磁控溅射Sn/cu/ZnS预置层后硫化法制备Cu2ZnSnS4薄膜及其性能研究

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太阳能学报 2018年第6期39卷 1600-1604页

作者：孙亚明于万秋张勇华中吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室

采用磁控溅射法制备Sn/cu/ZnS金属预置层,结合硫化热处理制备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）和霍尔测试系统等一系列测试方法对样品结构、各组分... 详细信息

采用磁控溅射法制备Sn/cu/ZnS金属预置层,结合硫化热处理制备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）和霍尔测试系统等一系列测试方法对样品结构、各组分含量、表面形貌、光学带隙及电学性能进行表征及计算。研究结果表明Sn/cu/ZnS金属预置层经490和540℃硫化热处理后的薄膜均为单一Cu2ZnSnS4相,其中,540℃硫化热处理后的薄膜结晶度较高,且薄膜表面平整致密,禁带宽度约为1.58 eV,呈现P型导电。

关键词： Cu2ZnSnS4 薄膜磁控溅射硫化

Zn(1-x)MgxO/Cu2ZnSnS4异质结薄膜太阳能电池的仿真研究

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固体电子学研究与进展 2020年第5期40卷 337-342页

作者：包乌吉斯古楞萨初荣贵内蒙古民族大学数理学院内蒙古通辽028043

铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池通常采用的缓冲层材料为有毒的半导体CdS,本文以禁带宽度可调且无环境污染的Zn(1-x)MgxO代替CdS。采用SCAPS-1D仿真软件,分析了Zn(1-x)MgxO/CZTS异质界面能带带阶、Zn1-xMgxO缓冲层材料载流子浓度和厚度对... 详细信息

铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池通常采用的缓冲层材料为有毒的半导体CdS,本文以禁带宽度可调且无环境污染的Zn(1-x)MgxO代替CdS。采用SCAPS-1D仿真软件,分析了Zn(1-x)MgxO/CZTS异质界面能带带阶、Zn1-xMgxO缓冲层材料载流子浓度和厚度对电池输出性能的影响。研究结果表明:当Zn(1-x)MgxO/CZTS异质界面导带带阶为0.1 eV、Zn(1-x)MgxO缓冲层材料载流子浓度为10^(18)cm^(-3)、厚度约50 nm时,能够获得最高效率的Zn(1-x)MgxO/CZTS薄膜太阳能电池。

关键词： Zn(1-x)MgxO Cu2ZnSnS4 太阳能电池 SCAPS-1D 禁带宽度

阳离子部分取代cu_2znsns_4的研究进展

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材料导报 2017年第15期31卷 10-17页

作者：甘国友邹屏翰沈韬孙淑红朱艳昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093 云南省新材料制备与加工重点实验室昆明650093

P型半导体cu_2znsns_4(CZTS)由于具有最佳的直接带隙(1.0~1.5eV)、高的光吸收系数(超过104 cm^(-1))以及丰富、无毒的元素组成,使其成为商业化低成本太阳能电池最有希望的候选材料之一。然而,材料本身的一些缺陷制约了CZTS薄膜太阳能电... 详细信息

P型半导体cu_2znsns_4(CZTS)由于具有最佳的直接带隙(1.0~1.5eV)、高的光吸收系数(超过104 cm^(-1))以及丰富、无毒的元素组成,使其成为商业化低成本太阳能电池最有希望的候选材料之一。然而,材料本身的一些缺陷制约了CZTS薄膜太阳能电池效率的提高。为了提高CZTS薄膜太阳能电池的效率,研究者们使用其他阳离子部分取代cu、Zn或Sn来改善CZTS的缺陷。从CZTS的3种不同取代位置出发,综述了近年来各种阳离子部分取代CZTS的研究进展,同时对阳离子部分取代CZTS材料的发展前景进行了展望。

关键词：阳离子取代 Cu2ZnSnS4 铜锌锡硫太阳能电池

Electronic, optical, and mechanical properties of cu_2znsns_4 with four crystal structures

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Journal of Semiconductors 2015年第8期36卷 48-60页

作者：赵宗彦赵响 Faculty of Materials Science and Engineering Key Laboratory of Advanced Materials of Yunnan Province Kunming University of Science and Technology

The structural, electronic, optical, and mechanical properties of Cu2ZnSnS4 with four crystal structures are calculated using the density functional theory. No significant difference is observed between the calculated optical and mechanical properties of the considered four crystal structures. The calculated results are in agree- ment with available reported experimental data. According to the calculated results, the fundamental band gap of Cu2ZnSnS4 is mainly determined by the bandwidth of the isolated conduction band. The effective-mass of carriers of Cu2ZnSnS4 are very small, especially the effective-mass of electrons on the bottom of the conduction band of zincblende-derived Cu2ZnSnS4. Using the calculated elastic constants matrix, the Born stability criteria is shown to be satisfied, and the high B/G ratio indicates that Cu2ZnSnS4 is prone to ductile behavior.

关键词： Cu2ZnSnS4 DFT calculations electronic structure optical properties mechanic properties