试论阵列基于溶液法制备ZnO/CdS/Cu_2ZnSnS_4pn结纳米棒阵列学报

论文导读：ZnO纳米棒阵列的基础上,采取连续离子层吸附与反应法,分别以溶有Cd(NO3)2·4H2O的乙醇和溶有Na2S的甲醇为前驱物溶液,成功制备了ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列。将ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列浸入溶有Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O以及硫脲的无水二甲亚砜,数分钟后取出,于氮气氛围下退火,制得ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4pn结纳米棒阵列。运用
摘要：ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4异质结构是Cu2ZnSnS4基薄膜太阳能电池的典型结构,该异质结构的改善与革新有助于进一步提升Cu2ZnSnS4基薄膜太阳能电池的光电转换效率。本论文基于溶液法成功地将传统异质结构中的ZnO颗粒薄膜用ZnO纳米棒阵列取代,实现了ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4pn结纳米棒阵列的可制约备,并对相关产物及其特性进行了探讨。具体内容如下：(1)进展水热策略和溶剂热法,以不同比例的乙醇-水为溶剂,Zn(NO3)2·6H2O和六次四胺为前驱物,于低温下成功合成了6种产物,包括1)ZnO纳米棒阵列；2)ZnO纳米柱薄膜；3)ZnO纳米颗粒薄膜4)Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O矩形薄片；5)Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状分层结构；6) Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状无分层结构。运用XRD和FE-SEM分别对后5种样品的物相和结构进行表征,发现：ZnO纳米柱薄膜生长方向垂直于衬底,平面尺寸分布范围200～400nm,长度约3.4μm；ZnO纳米颗粒薄膜平面尺寸分布范围100～300nm,厚度约1.1μm；Zn5(OH)8(NO3)2·2H20矩形薄片长度分布范围10～45μm,宽度分布范围5-40μm,厚度约2.21μm,无显著分层现象；Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状分层结构和Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O复合板状无分层结构生长方向垂直于衬底。探讨了乙醇溶剂、锌盐浓度和ZnO种子层对产物的影响并探讨了ZnO和Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O可能的生长机理。(2)在合成ZnO纳米棒阵列的基础上,采取连续离子层吸附与反应法,分别以溶有Cd(NO3)2·4H2O的乙醇和溶有Na2S的甲醇为前驱物溶液,成功制备了ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列。将ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列浸入溶有Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O以及硫脲的无水二甲亚砜,数分钟后取出,于氮气氛围下退火,制得ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4pn结纳米棒阵列。运用XRD、FE-SEM、HRTEM、EDS和SAED分别对ZnO纳米棒阵列、ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列和ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4pn结纳米棒阵列进行表征,发现：ZnO纳米棒为单晶,生长方向垂直于衬底,直径分布范围40～60nm,长度约1.8μm,长径比达45；ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列的直径分布范围增加至50～80nm,CdS鞘的厚度约8nm,ZnO芯和CdS鞘均为单晶,二者之间的界面质量良好；在ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4pn结纳米棒阵列中,Cu2ZnSnS4纳米颗粒为多晶,直径约6nm,与CdS鞘外表面的界面质量良好。探讨了温度对Cu2ZnSnS4产物的影响并探讨了可能的形成机理。(3)运用紫外-可见吸收光谱、扫描隧道显微镜-透射电镜支架和室温拉曼谱分别对ZnO纳米棒阵列、ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列和ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4异质结纳米棒阵列进行浅析。与ZnO纳米棒阵列和ZnO/CdS芯/鞘纳米棒阵列相比,ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4异质结纳米棒阵列,以紫外波段到可见光波段再到红外波段均具有吸收增强特性。而且,ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4异质结纳米棒具有很好的整流效应,证实了ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4异质结纳米棒是pn结结构。与相应的块体材料相比,Cu2ZnSnS4纳米颗粒的振动模红移了6cm-1,这可能起源于异质结材料内部的应力或Cu2ZnSnS4纳米颗粒较低的结晶度。关键词：ZnO论文CdS论文Cu_2ZnSnS_4论文Zn_5(OH)_8(NO_3)_2·2H2O论文纳米棒阵列论文异质结论文pn结论文
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ABSTRACT8-12
第一章 绪论12-31

1.1 引言12-14

1.2 ZnO、CdS和Cu_2ZnSnS_4的物理化学性质14-18

1.2.1 ZnO的物理化学性质14-15

1.2.2 CdS论文导读：上一页12

的物理化学性质15-16

1.2.3 CZTS的物理化学性质16-18

1.3 基于溶液法制备ZnO、ZnO/CdS和CZTS纳米材料18-29

1.3.1 基于溶液法制备ZnO纳米材料18-24

1.3.1 水热法制备ZnO纳米材料19-20

1.3.2 水浴法制备ZnO纳米材料20-22

1.3.3 溶剂热法制备ZnO纳米材料22-24

1.3.2 基于溶液法制备ZnO/CdS纳米材料24-26

1.3.2.1 化学浴沉积法制备ZnO/CdS纳米材料24-25

1.3.2.2 连续离子层吸附与反应法制备ZnO/CdS纳米材料25-26

1.3.3 基于溶液法制备CZTS纳米材料26-29

1.3.3.1 水热法制备CZTS纳米材料26-27

1.3.3.2 溶剂热法制备CZTS纳米材料27-28

1.3.3.3 热注入法制备CZTS纳米材料28

1.3.3.4 旋涂法制备CZTS纳米材料28-29

1.4 探讨内容及作用29-31

第二章 实验部分31-35

2.1 原料与试剂31

2.2 实验设备31-33

2.3 实验步骤33-34

2.3.1 ZnO和Zn_5(OH)_8(NO_3)_2·2H_2O材料的合成33

2.3.2 ZnO/CdS/CZTS pn结纳米棒阵列的合成33-34

2.4 表征手段34-35

第三章 影响水热反应或溶剂热反应的主要因素35-44

3.1 影响因素一：乙醇溶剂35-39

3.2 影响因素二：锌盐的浓度39-40

3.3 影响因素三：ZnO种子层40

3.4 Zn_5(OH)_8(NO_3)_2·2H_2O的振动性能40-41

3.5 构筑ZnO多孔矩形薄片41-42

3.6 本章小结42-44

第四章 ZnO/CdS/CZTS pn结纳米棒阵列的表征及其性能的探讨44-55

4.1 样品的物相及形貌44-46

4.2 样品的微结构及其浅析46-48

4.3 反应温度的探讨48-50

4.4 样品的光学性质50

4.5 样品的电学性质50-52

4.6 样品的振动性能52-53

4.7 本章小结53-55

第五章 总结和展望55-57
参考文献57-64
攻读学位期间发表、投稿的学术论文和专利申请64-65
致谢65