| 题名 | 铜基硫族化合物半导体纳米晶的合成与性质研究 |
| 作者 | 刘玉峰 |
| 答辩日期 | 2011-06-03 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 戴宁 |
| 关键词 | 铜基硫族化合物 半导体纳米晶 太阳电池 乙基黄原酸盐 前躯体 结晶性 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 铜基硫族化合物材料吸收系数高，大部分为直接帯隙半导体，仅需~2 µm的厚度便可吸收几乎全部太阳光；并且组成这些化合物的大部分元素在地壳中含量较高，没有毒性，不会对环境和人类健康造成危害，目前在薄膜太阳电池领域得到了广泛的应用。最近发现铜基硫族半导体纳米晶在太阳电池领域的应用具有独特优势，因为半导体纳米晶合成方法简单，可以通过滴、浸、旋涂和打印等工艺形成纳米晶太阳电池，具有价格低廉、可大面积生产和制作于柔性衬底上等优势。此外，半导体纳米晶的多激子效应使器件效率突破传统单结电池的理论转化效率32%成为可能，因此半导体纳米晶太阳电池寄托着人们获得高性价比和高转化效率器件的希望，已经成为人们重点研究的领域。纳米晶的物理和化学性质是决定纳米晶太阳电池性能优劣的主要因素。因此，如果想获得高转化效率的纳米晶太阳电池，首先要合成高质量的纳米晶。然而，多元化合物半导体纳米晶，尤其是三元及以上化合物纳米晶，合成过程中常伴有二元或三元杂相纳米晶的产生，人们迫切需要高质量纳米晶的简单合成方法。此外，目前有关一些纳米晶的形貌和组分控制、结晶质量、熔点、结构和表面性质的研究还不够深入，这些问题的存在使纳米晶在实际应用中受到一定程度的限制。本文通过简单的溶液化学法合成了几种铜基硫族多元化合物半导体纳米晶，并对其性质进行研究，主要的研究内容有：1. 用乙基黄原酸盐单元前驱体合成了Cu2-xS纳米晶，大部分纳米晶沿同一晶向生长，形成超晶格结构。纳米晶具有独特的表面效应，对纳米晶进行表面处理其吸收峰向短波长方向移动，且用不同有机溶剂处理纳米晶其吸收峰的移动速度不同；通过对纳米晶进行二次钝化能够实现吸收峰可逆移动。2. 通过常见的前驱体合成了高质量、尺寸分布均一的CuInS2和CuInSe2纳米晶。CuInS2纳米晶平均粒径为～9.5 nm，具有良好的结晶性。将CuInSe2纳米晶分散在Mo衬底上形成～3.14 μm薄膜，然后按照传统的Mo/CuInSe2/CdS/i-ZnO/Al-ZnO/Ag结构制作成太阳电池器件，器件在AM1.5光源下有明显的光响应。3. 用乙基黄原酸锌和两种常见的金属前驱体合成了Cu2ZnSnS4纳米晶，纳米晶的粒径大小可控，无杂相。纳米晶中Cu/Zn/Sn/S化学计量比约为1.81:1.17:0.95:4.07，与Cu2ZnSnS4分子式中四种元素化学计量基本一致；对Cu、Zn、Sn 和 S四种元素进行元素扫描发现它们在纳米晶中是均匀分布的。4. 两种新的纳米晶Cu2CdSnS4和Cu2CdSnSe4第一次被成功合成。表征发现Cu2CdSnS4纳米晶具有均一的尺寸分布，良好的结晶性和四面体结构。通过调控合成出两种不同形状的Cu2CdSnSe4纳米晶，一种为六角形，另一种为菱形，这是由于金属前驱体具有不同的活性造成的，并且发现金属前驱体的不同活性导致纳米晶具有不同的组分和结构。 本文通过实验条件优化，研究出高质量纳米晶的合成方法；合成出的纳米晶结晶性和分散性良好，没有杂相产生，并且对纳米晶的性质进行了深入研究，最终实现对不同纳米晶的形貌、组分以及表面性质的调控，并制作出CuInSe2纳米晶光伏器件，为深入研究铜基硫族半导体纳米晶及器件奠定了坚实的基础。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5316]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘玉峰. 铜基硫族化合物半导体纳米晶的合成与性质研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
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