铜锌锡硫纳米晶体的合成、性能表征及其在光伏器件中的应用

摘要

铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，CZTS）由于其无毒、无害、原材料成分储量丰富，及其优良的光电性质吸引了越来越多研究者的关注。本文主要研究了铜锌锡硫纳米晶的合成及其在铅卤钙钛矿太阳能电池中的应用，研究工作的主要内容如下：
　　1．本文用绿色溶液制备方法成功合成了铜锌锡硫纳米晶体（本文均简称为CZTS）。该方法具有低温、无毒、在空气中稳定、易操作、可大规模生产的特点，且无需成本高昂的真空过程。该方法通过控制合成过程中硫源的滴加时间实现对CZTS的两种晶相（纤锌矿相或硫铜锡锌矿相）的调控，为CZTS器件构筑提供更多的选择。本文用X射线衍射和拉曼光谱两种表征手段探究了该合成方法的机理，数据表明CZTS的生长路径为Cu2-xS→Cu3SnS4→CZTS。本文还解释了该方法实现相选的原因。由于配体抗坏血酸钠的存在，合成的CZTS可以分散在水，二甲基亚砜和吡啶中，为下一步的器件制备奠定了基础。
　　2．本文对CZTS的其他性能作了进一步研究：CZTS的X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子光谱呈现了良好的晶型及纯度；透射电子显微镜显示了CZTS的形貌及良好的分散性；紫外可见吸收光谱及循环伏安法推算出能带。由于上述性能，本文将合成的CZTS纳米晶体作为无机空穴传输材料应用在铅卤钙钛矿太阳能电池中，在标准模拟太阳光AM1.5G条件下，光电转换效率达到5.0％。揭示了CZTS在钙钛矿太阳能电池中的界面作用，有望替代目前常用却昂贵的Spiro-OMeTAD等有机空穴传输层。

目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 量子点太阳能电池

1.3 量子点特性对太阳能电池的优势

1.3.1 量子尺寸效应

1.3.2 多激子产生效应

1.4 纳米晶体材料选择

1.4.1 碲化镉（CdTe）

1.4.2 硒化铅和硫化铅（PbSe和PbS）

1.4.3 铜铟镓硒（CIGS）

1.5 为什么选择铜锌锡硫（CZTS）

1.6 CZTS主要合成方法

1.6.1真空沉积法

1.6.2 溶液法

1.7 本论文的主要研究目的和内容

参考文献

第二章 一种合成铜锌锡硫纳米晶体的相选新方法及其机理探索

2.1 引言

2.2 铜锌锡硫纳米颗粒的合成

2.2.1 实验材料

2.2.2 表征仪器

2.2.3 实验过程

2.3 结果分析与讨论

2.3.1 不同滴速引起的铜锌锡硫两相结果对比

2.3.2 铜锌锡硫生长机制探究

2.4 结论

参考文献

第三章 铜锌锡硫纳米晶体的性能表征及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

3.1 引言

3.2 太阳能电池的制备与表征

3.2.1 实验材料

3.2.2 材料合成

3.2.3 器件制备

3.2.4 太阳能电池的表征

3.3 结果分析与讨论

3.3.1 铜锌锡硫的成分分析

3.3.2 铜锌锡硫的表面形貌分析

3.3.3 铜锌锡硫的光学性能分析

3.3.4 铜锌锡硫在钙钛矿太阳能电池中的应用

3.4 结论

参考文献

第四章 总结与展望

攻读硕士学位期间发表的论文目录

致谢