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硫化时间对cu_2znsns_4薄膜结构和性能的影响

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兵器材料科学与工程 2017年第6期40卷 62-65页

作者：孙亚明王佳慧于万秋王志群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吉林长春130000 吉林师范大学物理国家级实验教学示范中心吉林四平136000 国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院内蒙古呼和浩特010020

采用磁控溅射法顺序沉积cu/Sn/ZnS/cu/Sn/ZnS/玻璃金属预置层,在530℃经1.5、2.0、3.0 h硫化热处理制备cu_2znsns_4(CZTS)薄膜,研究硫化时间对CZTS薄膜性能的影响。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... 详细信息

采用磁控溅射法顺序沉积cu/Sn/ZnS/cu/Sn/ZnS/玻璃金属预置层,在530℃经1.5、2.0、3.0 h硫化热处理制备cu_2znsns_4(CZTS)薄膜,研究硫化时间对CZTS薄膜性能的影响。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)等一系列测试设备对薄膜的结构、组分含量、表面形貌及光学带隙进行表征及计算。研究发现:由于前驱体中cu_6Sn_5致密层的存在,硫化1.5 h时元素间反应不充分;随着热处理时间的增加,元素间反应更加充分,抑制薄膜中Sn元素的挥发,经2.0、3.0 h硫化热处理后的薄膜为单一CZTS相;同时,随着硫化时间的增加,CZTS薄膜的晶化程度提高,颗粒尺寸和禁带宽度增大。

关键词： cu2znsns4 薄膜磁控溅射硫化

亚稳态正交相cu_2znsns_4(CZTS)颗粒的制备与表征

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化工新型材料 2015年第6期43卷 136-139页

作者：马超群周超张天财胡兆勇高延敏江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室镇江212003 上海船舶工艺研究所上海200032

采用水热法,以cuCl·22H2O、Zn(Ac)·22H2O、SnCl·45H2O作金属源,硫脲作硫源,在乙二胺和去离子水混合溶液中合成亚稳态正交相CZTS颗粒。利用XRD、Raman、SEM、TEM、EDS、UV-Vis吸收光谱探讨了乙二胺与去离子水比例对产物相结构、形貌... 详细信息

采用水热法,以cuCl·22H2O、Zn(Ac)·22H2O、SnCl·45H2O作金属源,硫脲作硫源,在乙二胺和去离子水混合溶液中合成亚稳态正交相CZTS颗粒。利用XRD、Raman、SEM、TEM、EDS、UV-Vis吸收光谱探讨了乙二胺与去离子水比例对产物相结构、形貌、原子比以及光学性能的影响。结果表明:随着体系中乙二胺与去离子水比例的增加,所得CZTS颗粒相结构由锌黄锡矿逐渐转变为亚稳态正交相;颗粒形貌、化学计量比、光学性能也发生明显变化;当体系中乙二胺与去离子水比例为1∶1时,合成的颗粒为纯相亚稳态正交相结构、结晶性较好、颗粒形貌为不规则立方体、原子比1.7∶1.1∶1∶4、光学带隙1.53eV,与太阳能电池所需的最佳带隙接近。最后,还发现在充满S气氛中,450℃条件下退火处理1h,可实现亚稳态正交相向锌黄锡矿结构转变。

关键词：无机非金属材料亚稳态正交相水热法 cu2znsns4 相转变

溶胶-凝胶硫化法制备cu_2znsns_4薄膜及其性能研究

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化工新型材料 2018年第6期46卷 100-102页

作者：周清雷王志群孙亚明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四平136000 物理国家级实验教学示范中心吉林师范大学四平136000 国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院呼和浩特010020

采用溶胶-凝胶法制备cu-Zn-Sn-S前驱体薄膜,在氩及硫两种气氛下对前驱体进行480℃热处理。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对薄膜的微观结构、表面... 详细信息

采用溶胶-凝胶法制备cu-Zn-Sn-S前驱体薄膜,在氩及硫两种气氛下对前驱体进行480℃热处理。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对薄膜的微观结构、表面形貌和光学性能进行表征。研究结果表明,前驱体薄膜在硫气氛下热处理生成CZTS相,其形貌为花状,尺寸大小约为1.8μm。硫化后的薄膜具有较大的吸收系数,测试后估算其禁带宽度约为1.5eV。

关键词：溶胶-凝胶法硫化 cu2znsns4 薄膜

基于溶液法制备ZnO/CdS/cu2znsns4pn结纳米棒阵列

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基于溶液法制备ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4pn结纳米棒阵列

作者：刘旭东华大学

学位级别：硕士

ZnO/CdS/cu2znsns4异质结构是cu2znsns4基薄膜太阳能电池的典型结构,该异质结构的改善与创新有助于进一步提高cu2znsns4基薄膜太阳能电池的光电转换效率。本论文基于溶液法成功地将传统异质结构中的ZnO颗粒薄膜用ZnO纳米棒阵列取代,实现... 详细信息

ZnO/CdS/cu2znsns4异质结构是cu2znsns4基薄膜太阳能电池的典型结构,该异质结构的改善与创新有助于进一步提高cu2znsns4基薄膜太阳能电池的光电转换效率。本论文基于溶液法成功地将传统异质结构中的ZnO颗粒薄膜用ZnO纳米棒阵列取代,实现了ZnO/CdS/cu2znsns4pn结纳米棒阵列的可控制备,并对相关产物及其特性进行了研究。具体内容如下： (1)发展水热方法和溶剂热法,以不同比例的乙醇-水为溶剂,Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺为前驱物,于低温下成功合成了6种产物,包括1)ZnO纳米棒阵列;2)ZnO纳米柱薄膜;3)ZnO纳米颗粒薄膜4)Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O矩形薄片;5)Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状分层结构;6) Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状无分层结构。运用XRD和FE-SEM分别对后5种样品的物相和结构进行表征,发现：ZnO纳米柱薄膜生长方向垂直于衬底,平面尺寸分布范围200～400nm,长度约3.4μm;ZnO纳米颗粒薄膜平面尺寸分布范围100～300nm,厚度约1.1μm;Zn5(OH)8(NO3)2·2H20矩形薄片长度分布范围10～45μm,宽度分布范围5-40μm,厚度约2.21μm,无明显分层现象;Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状分层结构和Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状无分层结构生长方向垂直于衬底。研究了乙醇溶剂、锌盐浓度和ZnO种子层对产物的影响并探讨了ZnO和Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O可能的生长机理。 (2)在合成ZnO纳米棒阵列的基础上,采用连续离子层吸附与反应法,分别以溶有Cd(NO3)2·4H2O的乙醇和溶有Na2S的甲醇为前驱物溶液,成功制备了ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列。将ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列浸入溶有cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O以及硫脲的无水二甲亚砜,数分钟后取出,于氮气氛围下退火,制得ZnO/CdS/cu2znsns4pn结纳米棒阵列。运用XRD、FE-SEM、HRTEM、EDS和SAED分别对ZnO纳米棒阵列、ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列和ZnO/CdS/cu2znsns4pn结纳米棒阵列进行表征,发现：ZnO纳米棒为单晶,生长方向垂直于衬底,直径分布范围40～60nm,长度约1.8μm,长径比达45;ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列的直径分布范围增加至50～80nm,CdS鞘的厚度约8nm,ZnO芯和CdS鞘均为单晶,二者之间的界面质量良好;在ZnO/CdS/cu2znsns4pn结纳米棒阵列中,cu2znsns4纳米颗粒为多晶,直径约6nm,与CdS鞘外表面的界面质量良好。研究了温度对cu2znsns4产物的影响并探讨了可能的形成机理。 (3)运用紫外-可见吸收光谱、扫描隧道显微镜-透射电镜支架和室温拉曼谱分别对ZnO纳米棒阵列、ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列和ZnO/CdS/cu2znsns4异质结纳米棒阵列进行分析。与ZnO纳米棒阵列和ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列相比,ZnO/CdS/cu2znsns4异质结纳米棒阵列,从紫外波段到可见光波段再到红外波段均具有吸收增强特性。而且,ZnO/CdS/cu2znsns4异质结纳米棒具有很好的整流效应,证实了ZnO/CdS/cu2znsns4异质结纳米棒是pn结结构。与相应的块体材料相比,cu2znsns4纳米颗粒的振动模红移了6cm-1,这可能起源于异质结材料内部的应力或cu2znsns4纳米颗粒较低的结晶度。

关键词： ZnO CdS cu2znsns4 Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O 纳米棒阵列异质结 pn结

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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

cu_2znsns_4纳米片的微波法制备及其光电析氢性质

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石河子大学学报（自然科学版） 2016年第2期34卷 211-216页

作者：李翠华韩文蕾付有彭邦华郭旭虹刘志勇石河子大学化学化工学院/新疆兵团化工绿色过程重点实验室/材料化工新疆维吾尔自治区重点实验室/兵团材料化工工程技术研究中心石河子832003

铜锌锡硫cu_2znsns_4(CZTS)在光解水制氢气、薄膜太阳能电池吸收层领域都有广泛的应用前景,目前该类金属硫化物的合成方法仍然存在着步骤多、反应条件苛刻等问题,因此开发低成本一步合成CZTS材料的方法具有重要的意义。本文探讨了CZTS... 详细信息

铜锌锡硫cu_2znsns_4(CZTS)在光解水制氢气、薄膜太阳能电池吸收层领域都有广泛的应用前景,目前该类金属硫化物的合成方法仍然存在着步骤多、反应条件苛刻等问题,因此开发低成本一步合成CZTS材料的方法具有重要的意义。本文探讨了CZTS的微波合成方法,成功一步合成了具有纳米片结构的CZTS;通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)方法分析了CZTS纳米片的物相、结构、形貌以及光吸收性能,结果表明:所得CZTS具有硫铜锡锌矿结构、为纳米薄片的结构,该材料在紫外-可见光区有着良好的吸收,带隙测定结果为1.47 e V;进一步的光电催化实验结果表明:在不添加任何共催化剂的情况下,微波法制备的CZTS催化剂在光解水制氢反应中具有良好的催化活性和催化稳定性,拓展了其在光电存储和转换器件中的应用。

关键词： cu2znsns4 微波法纳米片光电催化析氢

cu_2znsns_4薄膜的制备及其光电性质研究

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湛江师范学院学报 2007年第3期28卷 59-62页

作者：黄景兴邵乐喜付玉军湛江师范学院物理科学与技术学院广东湛江524048 兰州大学物理科学与技术学院甘肃兰州730000

利用真空蒸镀法在钠钙玻璃上连续蒸镀cu/Zn/Sn金属前驱体,在氮气保护下,在550℃对前驱体进行硫化,制备出具有类黝锡矿结构的多晶CZTS薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-VIS)、霍尔测量仪对样品进行了晶体结构、光学性... 详细信息

利用真空蒸镀法在钠钙玻璃上连续蒸镀cu/Zn/Sn金属前驱体,在氮气保护下,在550℃对前驱体进行硫化,制备出具有类黝锡矿结构的多晶CZTS薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-VIS)、霍尔测量仪对样品进行了晶体结构、光学性质和电学性质表征.讨论了样品中预期成份比cu/(Zn+Sn)对CZTS薄膜结构及光电特性的影响.结果表明,当cu/(Zn+Sn)为0.57时,薄膜具有大于104cm-1光吸收系数、禁带宽度约为1.52 eV、较小的电阻率和较高的电子迁移率,适合作为太阳能电池吸收层.

关键词： cu2znsns4 薄膜真空蒸镀硫化

替代元素对光催化半导体cu_2znsns_4能带结构优化的第一性原理研究

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广西科学 2014年第3期21卷 220-225页

作者：黄丹戴豪谢政专郭进广西大学物理科学与工程技术学院广西南宁530004

【目的】为了增加cu2znsns4价带顶和导带底与水的氧化还原势之间的能量差,使催化反应具有更多的驱动力。【方法】利用第一性原理计算,对cu2znsns4电子结构进行分析。【结果】Ag掺入cu位能够降低其价带顶而不改变导带底位置,而Ge掺入Sn... 详细信息

【目的】为了增加cu2znsns4价带顶和导带底与水的氧化还原势之间的能量差,使催化反应具有更多的驱动力。【方法】利用第一性原理计算,对cu2znsns4电子结构进行分析。【结果】Ag掺入cu位能够降低其价带顶而不改变导带底位置,而Ge掺入Sn位能够提升其导带底而不改变价带顶位置。【结论】通过优化(cu1-xAgx)2Zn(Sn1-yGey)S4合金的配比,可使其达到光催化半导体最理想的能带结构。

关键词：光催化半导体 cu2znsns4 掺杂第一性原理计算

溶胶—凝胶法制备cu_2znsns_4薄膜及其表征

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吉林师范大学学报（自然科学版） 2013年第1期34卷 29-31页

作者：王多孙亚明孟祥成王志英华中吉林师范大学凝聚态物理与材料科学研究所吉林四平136000 吉林大学物理学院吉林长春130023 吉林师范大学分院吉林四平136000

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... 详细信息

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.

关键词： cu2znsns4 溶胶-凝胶太阳能电池