銅鋅錫硫太陽(yáng)能薄膜

1、Synthesis of Cu2ZnSnS4 Thin FilmsCu2ZnSnS4(CZTS)簡(jiǎn)介1.連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(SILAR)2. Magnetron Sputtering3. Printed Electronics CZTS太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì) CZTS為直接帶隙材料，其光吸收系數(shù)高于104cm-1，電池中所需材料厚度較小 禁帶寬度約105150eV，與太陽(yáng)能電池所需要的最佳禁帶寬度150eV相匹配 無(wú)毒、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保CZTS制備方法制備方法 連續(xù)離子層吸附反應(yīng)連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(SILAR)創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)SILARSILAR法法初次初次應(yīng)用于應(yīng)用于CZTSCZTS光電光電

2、薄膜的制備薄膜的制備SILARSILAR法法是制備復(fù)合是制備復(fù)合光電薄膜的光電薄膜的有效途徑有效途徑SILAR 法沉積法沉積利用特定溶液中的利用特定溶液中的前驅(qū)體離子前驅(qū)體離子在在活活性基體材料表面性基體材料表面的的化學(xué)吸附，化學(xué)吸附，以及以及反應(yīng)反應(yīng)吸附層的離子間化學(xué)反應(yīng)吸附層的離子間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)物沉積于基材表面形成表面改性層的沉積于基材表面形成表面改性層的沉積工藝。沉積工藝。 SILAR 法法（a a）將基體浸入）將基體浸入 陽(yáng)離子前驅(qū)體溶陽(yáng)離子前驅(qū)體溶液，發(fā)生吸附反應(yīng)液，發(fā)生吸附反應(yīng) SiO-+ Cu2+= SiO-Cu+ SiO-+ Zn2+= SiO-Zn+ SiO-+ Sn4+=

3、 SiO-Sn3+(b)(b)將基體浸入去離子水中將基體浸入去離子水中未被吸附的陽(yáng)離子與未被吸附的陽(yáng)離子與SOSO4 42- 2-擴(kuò)散到去離子水中被除去擴(kuò)散到去離子水中被除去(c)(c)將基體浸入將基體浸入S S2- 2-前驅(qū)體溶液中，發(fā)生前驅(qū)體溶液中，發(fā)生反應(yīng)主要有反應(yīng)主要有 SiO-Zn+ + S2-= SiO-ZnS- SiO-Sn3+ + 2S2-= SiO-SnS2- SiO-Cu+ + S2-= SiO-CuS-CuS+ZnS+SnS2=Cu2ZnSnS4(d)(d)基體再次浸入去離子水中基體再次浸入去離子水中 未被吸附的未被吸附的 S S2- 2-和其它離和其它離子擴(kuò)散到水中被除

4、去，這樣子擴(kuò)散到水中被除去，這樣基體表面就只剩下沉積的基體表面就只剩下沉積的 CuCu2 2ZnSnSZnSnS4 4一定的循環(huán)次數(shù)后一定的循環(huán)次數(shù)后進(jìn)行烘干處理進(jìn)行烘干處理（6060、30min30min）SILAR 法法SILAR 法法10、20、30、40次循環(huán)次循環(huán)得到的薄膜厚度分別為得到的薄膜厚度分別為120、256、345、468nmPrinciple 在陰極暗區(qū)電子近似只受電場(chǎng)作用,在負(fù)輝區(qū)近似只受磁場(chǎng)作用。電子在正交電磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡近似于一條擺線垂直方向分布的磁力線將電子約束在靶材表面附近，延長(zhǎng)其在等離子體中的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高它參與氣體分子碰撞和電離過(guò)程的幾率的作用。Pri

5、nciple 電子在交互電場(chǎng)與磁場(chǎng)EB 作用下將氣體電離后撞擊靶材表面，使靶材原子或分子等濺射出來(lái)并在管面經(jīng)過(guò)吸附、凝結(jié)、表面擴(kuò)散遷移、碰撞結(jié)合形成穩(wěn)定晶核。然后再通過(guò)吸附使晶核長(zhǎng)大成小島，島長(zhǎng)大后互相聯(lián)結(jié)聚結(jié)，最后形成連續(xù)狀薄膜。ExperimentSulfurizationResults 1. SEM SEM顯示硫化后晶粒長(zhǎng)大,且晶體結(jié)構(gòu)致密Results 2. XRD XRD顯示薄膜為CZTS,并且(112)主峰十分尖銳,表明薄膜結(jié)晶度良好Results Advantages: 1.Produce Large Scale Films 2.High Quality 3.Make All K

6、inds of Films 4High Conversion Rate Disadvantages 1.High Device Demands 2.Demand For Accurate ParametersSynthesis of CZTS nanocrystal ink and its use for solar cells Photovoltaic devices based on several semiconductor nanocrystals The semiconductor nanocrystals can be used in the form of a nanocryst

7、al ink That is coated on a substrate and sintered into bulk material to yield a low-cost solar cell fabrication processRaw material for CZTS ink 1.Copper Ore 2.Zinc Ore 3.Tin Ore 4.SulfurSynthesis of CZTS nanocrystals 1.Three neck flask 2.Schlenk line 3.HeaterProcess routing of experimentzinc acetylacetonatecopper(II)acetylacetonatetin(IV) bisacetylacetonatedibromidethree neck flaskoleylaminesulfur in oleylaminetolueneisopropanolcentrifuge tube CZTS nanocrystals1.5 mmol0.75 mmol0.75 mmol10 mlvacuumpurged with Arheated to 130 30 minutes centrifuge10000 rpm10 minutesheated to 225