資源描述：
《溶膠-凝膠法制備銅鋅錫硫族薄膜及其光學(xué)性能研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、博士學(xué)位論文溶膠-凝膠法制備銅鋅錫硫族薄膜及其光學(xué)性能研究RESEARCHONPREPARATIONANDOPTICALPERFORMANCEOFCOPPERZINCTINSULFIDEGROUPFILMSBYSOL-GELMETHOD郭新華哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年3月國內(nèi)圖書分類號：TB321學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：620密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文溶膠-凝膠法制備銅鋅錫硫族薄膜及其光學(xué)性能研究博士研究生：郭新華導(dǎo)師：韓杰才教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：材料學(xué)所在單位：深圳研究生院答辯日期：2018年3月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)Classifi
2、edIndex:TB321U.D.C:620DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringRESEARCHONPREPARATIONANDOPTICALPERFORMANCEOFCOPPERZINCTINSULFIDEGROUPFILMSBYSOL-GELMETHODCandidate：GuoXinhuaSupervisor：Prof.HanJiecaiAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineerin
3、gAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：March,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要世界能源的嚴(yán)重緊缺對開發(fā)利用太陽能相關(guān)技術(shù)提出了新的要求，尤其是半導(dǎo)體材料的光學(xué)性能方面。銅鋅錫硒（Cu2ZnSnSe4，CZTSe）的禁帶寬度為1.0-1.50eV，銅鋅錫硫（Cu2ZnSnS4，CZTS）的禁帶寬度為1.30-1.50eV，與4-1太陽能光譜非常匹配，光吸收系數(shù)均高達(dá)10cm，被認(rèn)為是極具潛力的太陽能吸
4、收薄膜材料，目前對CZTSe和CZTS制備技術(shù)的研究發(fā)展迅速，現(xiàn)有工藝存在設(shè)備投入成本高、制備過程伴隨有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生并需要回收處理副產(chǎn)物等問題，并且其制備工藝成本均較高。本研究在目前已有溶膠凝膠法基礎(chǔ)上，探索了一種設(shè)備投入及能源消耗均很低的、以溶膠凝膠法制備CZTSe和CZTS的新工藝。該工藝條件包括：無毒的小分子反應(yīng)物、反應(yīng)物直接進(jìn)行混合并直接涂布、首次采用的250℃非真空退火處理條件。對所制備的CZTSe和CZTS薄膜，進(jìn)行表面形貌、物相結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能分析來表征其吸光性能。本研究主要特點如下：（1）反應(yīng)物成本低：采用了地球上便宜易得的銅、鋅、錫和硒/
5、硫元素；（2）工藝步驟簡單：同步加入銅、鋅、錫和硒/硫，恒溫攪拌得到溶膠凝膠前驅(qū)體溶液，在非真空、低溫（200-250℃）條件下加熱干燥制得銅鋅錫硒和銅鋅錫硫薄膜；（3）環(huán)境友好，直接以無毒的硒化物/硫化物作為硒/硫元素的原材料，避免了以硒化氫和硫化氫等有毒媒介導(dǎo)致的環(huán)境污染。其論文的主要內(nèi)容為：（1）以一種新的溶膠凝膠工藝制備CZTSe和CZTS薄膜，并且用不同的反應(yīng)物來證明該工藝在制備銅鋅錫硫族薄膜具有一定的通用性；（2）分析表征薄膜的光學(xué)性能指標(biāo)，從紫外可見光到紅外光譜的不同光譜范圍內(nèi)表征薄膜是對太陽光具有吸收性的光吸收性薄膜。文中先以有機(jī)小分子醋酸銅
6、、醋酸鋅和無機(jī)小分子氯化銅、氯化鋅為反應(yīng)物，分別以無毒的亞硒酸鈉、硒酸鈉為硒源，在玻璃襯底上制備四種薄膜并分析其光學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)四種薄膜在可見光紫外區(qū)域得到的帶隙寬度在1.20-1.60eV之間，適宜作為光電轉(zhuǎn)化所需的光吸收性薄膜。拉曼光譜和光致發(fā)光光譜分析表明，制得的四種CZTSe薄膜均不發(fā)生散射和光致發(fā)光作用，即從紫外區(qū)域擴(kuò)大到更寬的光致發(fā)光光譜范圍內(nèi)均顯示其適宜作為光吸收性材料。這其中CZTSe薄膜在紫外可見光譜范圍內(nèi)的最佳帶隙寬度為1.48eV，滿足目前光電轉(zhuǎn)化中需求的光吸收層，未來還可擴(kuò)大到紅外光譜范圍內(nèi)利用該薄膜的光吸收性。-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)
7、博士學(xué)位論文接下來以(CH3COO)2Cu·H2O、(CH3COO)2Zn·2H2O、SnCl2·2H2O及ZnS小分子試劑為反應(yīng)物，仍以前述的溶膠凝膠工藝法制備無毒硫化條件下的低成本CZTS，制得具有細(xì)小晶體顆粒的表面光滑致密的薄膜。光譜分析發(fā)現(xiàn)：在可見光400-1100nm范圍內(nèi)，CZTS薄膜帶隙寬度為2.32eV；不存在光退激現(xiàn)象帶來的反射光，無熒光性；無拉曼散射作用。在2.5-15μm紅外光譜區(qū)域，薄膜也顯示光吸收性。即該薄膜從可見光到紅外光譜范圍內(nèi)均呈現(xiàn)出光吸收作用。鈣離子摻雜后薄膜的帶隙寬度從2.32eV下降到1.55eV，成為適宜作為光吸收層的
8、薄膜材料。隨后以CuCl2·2H2O、ZnCl2、S
