CuInS2纳米颗粒的制备与研究

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CuIn(S/Se)2(简称CIS)是一种直接带隙半导体材料,吸收系数高、带隙可调、转换效率高、性能稳定,并且具有优良的抗干扰、耐辐射能力而受到各国光伏研究人员的关注,成为最有发展前途的太阳能电池之一。通常晶粒边界存在着比较多的缺陷和杂质,它们增加了载流子复合率,从而导致电池性能的下降。但是对于CIS半导体材料,实验表明,其光电转换效率多晶所制薄膜要明显高于单晶薄膜。而理论计算结果也印证了这一点:CIGS晶粒边界处价带顶要比晶粒内部的价带顶低400meV,造成了空穴难以向晶粒边界移动,同时又不影响电子的移动。其最终结果是显著减小了电子与空穴在晶粒边界处的复合,而没有导致电荷迁移率的降低。这种性质对于多晶材料具有广泛的意义,而且对于多晶薄膜展示了广泛的应用前景。同时也吸引了人们对CIS薄膜材料的极大关注。本论文主要内容如下:1.利用一步法,以乙酰丙酮铜(Cu(acac)2),乙酰丙酮铟(In(acac)3)以及硫代乙酰胺(TAA)为原料,在十六烷基三甲基溴化(CTAB)铵作用下,制备了CuInS2纳米颗粒。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析结果显示:在以邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为溶剂的体系中,得到的是六边形的纳米颗粒,样品分散性很好,晶体粒径在2050 nm。在以邻二氯苯(DCB)为溶剂为溶剂的体系中,得到的样品晶体结构为四方相的黄铜矿。研究了反应条件对合成CIS粉体物相和形貌的影响。结果显示在DOP为溶剂的体系中温度与加料方式对样品物相与形貌有很大影响,而在DCB为溶剂体系中产CTAB对样品物相有调节作用。并测得制备的CuInS2样品的I-V曲线,显示了半导体整流特性。2.利用溶剂热法以一水合醋酸铜(Cu(CH3COO)2 ?H2O),氯化铟(InCl3),二硫化碳(CS2)为主要原料制备了CuInS2纳米粉体。通过XRD和TEM分析表明:以苯甲醚(anisole)为溶剂在十八胺(ODA)作用下,在200℃下反应24h可以得到平均粒径大小大约为20nm左右,形状不规则的CuInS2纳米颗粒。当温度降至180℃或更低时样品颗粒尺寸不均匀,且其X射线衍射特征峰变弱。在120℃时有大量形貌不规则尺寸不均一的小颗粒,同时观察到有六边形的晶片存在,从15nm50nm分布不等。如果将时间延长至48小时样品的平均粒径大小为30nm,尺寸大小更加不均一,且与反应24h所得产物相比其分散性变得差一些。并测量其紫外-可见吸收,显示出对可见光波段的良好吸收。
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