溶胶凝胶法制备铜锌锡硫薄膜材料的研究模板

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资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。本科创新实验报告实验项目名称:溶胶-凝胶法制备铜锌锡硫薄膜材料的研究实验地点:学生姓名:______________学号:＿＿＿＿＿＿学院:＿＿＿＿＿学系:＿＿＿＿＿专业:＿＿＿＿＿指导教师:＿＿＿＿＿＿＿＿教师单位:＿＿＿1月13日摘要铜锌锡硫(CZTS)是一种新型的太阳能电池吸收层薄膜材料。本文采用溶胶凝胶法制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)薄膜太阳能电池吸收层。以无毒无害、价格低廉的无机固体药品醋酸铜、醋酸锌、氯化亚锡、硫化锌及硫粉作为CZTS薄膜的主要原材料提供所需的铜、锌、锡、硫四种元素,溶解于乙二醇甲醚、乙醇胺溶剂并均匀混合得到含有Cu/Zn/Sn/S元素的溶胶凝胶物质混合体,然后将其均匀涂布在不锈钢衬底上,并在200℃条件下对其进行退火处理,制备得到CZTS薄膜。整个制膜工艺无需真空条件,

1资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。过程简单易操作,且不会产生对环境有害的物质。利用紫外-可见分光光度计(UV-VIS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪对样品的光学性质、晶体结构和组分组成等进行了测试。得出相应的结论。关键词:溶胶凝胶法;铜锌锡硫薄膜;不锈钢衬底;紫外光谱;红外光谱一、实验目的采用溶胶凝胶法制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)薄膜太阳能电池吸收层,将其涂布在不锈钢衬底表面,经过一系列处理后进行相应的性能测试,经过实验数据来反映薄膜在不锈钢板上的一系列性能。二、实验仪器与试剂实验中所需要的仪器:DZF-6020真空干燥箱、08-2G恒温磁力搅拌器、DM2500P型偏光显微镜、紫外-可见分光光度计、CaryEclipse型荧光分光光度计、LABUY-10LHT型超声清洗机、S4700型扫描电镜(SEM)、D/max2500PC型X射线衍射分析仪(XRD)、BrukerEQUINX55型红外光谱仪实验中所需要的试剂:醋酸铜((CH3COO)2Cu.H2O)、醋酸锌((CH3COO)2Zn.2H2O)、氯化亚锡(SnCl2.2H2O)、升华硫(S)、硫化锌(ZnS)、乙二醇甲醚、乙醇胺、无水乙醇、丙酮三、实验原理

2资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体,在液相下将这些原料均匀混合,并进行水解、缩合化学反应,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系,溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构的凝胶,凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶－凝胶法与其它方法相比具有许多独特的优点:(1)由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液,因此,就能够在很短的时间内获得分子水平的均匀性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。(2)由于经过溶液反应步骤,那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的均匀掺杂。(3)与固相反应相比,化学反应将容易进行,而且仅需要较低的合成温度,一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内,而固相反应时组分扩散是在微米范围内,因此反应容易进行,温度较低。(4)选择合适的条件能够制备各种新型材料。溶胶一凝胶法也存在某些问题:一般整个溶胶－凝胶过程所需时间较长(主要指陈化时间),常需要几天或儿几周;还有就是凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物,并产生收缩。一、实验步骤

3资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。(1)对不锈钢衬底进行彻底的清洗:不锈钢衬底在涂布前使用丙酮浸泡并于超声清洗机中清洗20分钟,后于无水乙醇中浸泡超声清洗15分钟,最后超纯水浸泡超声清洗15分钟后取出烘干。(2)制备原料药品CuCl2·2H2O、ZnCl2、SnCl4·5H2O、ZnS、乙二醇甲醚、乙醇胺、无水乙醇(98%)、环己烷、丙酮等。(3)参考相关文献按比例称量CuCl2·2H2O、ZnCl2、SnCl4·5H2O、ZnS,Cu2ZnSnS4的原子个数比为2:1:1:4,按此比例称取质量。(4)将按照比例称取的样品加入到50ml乙二醇甲醚和5ml乙醇胺,快速充分搅拌至固体全部溶解于溶剂中。(5)将其置于磁力搅拌器上以转速600r/min,40-50℃恒温搅拌1小时。(6)将搅拌后的溶液均匀涂布在不锈钢衬底上。(7)将涂布而成的不锈钢衬底在干燥箱中以210~250℃温度范围内进行2个小时的退火处理。得到CZTS颗粒。(8)制备CZTS颗粒需要将停止搅拌之后的溶液以保鲜膜封装,常温下进行沉淀10个小时。(9)将上层澄清液倒入40ml无水乙醇进行洗涤,再沉淀4个小时,倒去澄清液,此过程重复三次。(10)加入10ml环己烷,不停搅拌,直至溶液逐渐变浑浊最后干燥凝固成灰黑色粉状颗粒。一、实验数据与结果

4资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。(1)不同薄膜样品的光学性能对比用紫外-可见分光光度计在350nm-1100nm范围内,每间隔50nm对样品进行一次扫描。测试结果如表1和表2所示:(表1四元素样品中硫元素来自于硫化锌)表1含三元素样品和含四元素样品透光率测试结果波长nm350400450500550600650700含三元素样品T%0.43.313.731.646.454.859.162.8含四元素样品T%3.14.55.97.58.59.09.19.2波长nm750800850900950100010501100含三元素样品T%66.575.673.376.481.182.982.683.6含四元素样品T%9.17.99.08.78.58.77.27.3表2加入硫粉的样品和加入硫化锌的样品透光率测试结果波长nm350400450500550600650700加入硫粉的样品T%1.01.52.0344.64.23.5加入硫化锌的样品T%5.05.36.47.48.28.48.68.2波长nm750800850900950100010501100加入硫粉的样品T%3.13.22.22.01.81.91.51.6加入硫化锌的样品T%8.67.08.98.68.28.07.87.8一、实验数据分析根据表1和表2数据,得到以下相应的样品透光率变化趋势图:

5资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。含三元素样品与含四元素样品透光率变化趋势图加入硫粉的样品与加入硫化锌的样品透光率变化趋势图一、实验结论根据以上所做实验得出:CZTS薄膜在生产成本上具有比较优势,都是采用了比较常见的材料进行物理化学变化而得到的一种新型的材料,能够完美的替代昂贵的材料,从而能够降低生产成本,而且保证产品质量。