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Cu2ZnSnS4纳米颗粒的微波法制备及性质研究
摘要：
Cu2ZnSnS4（CZTS）是一种具有潜在光伏性能的半导体材料。通过微波法制备CZTS纳米颗粒，并对其结构、形貌、光学和电学性能进行了研究。结果表明，所制备的CZTS纳米颗粒为四方晶系结构，具有粒径分布均匀、形貌规整的特点。其能带隙为1.4eV，光吸收范围在400nm~1200nm之间。在光照强度为100mW/cm2条件下，所制备的CZTS纳米颗粒具有较高的光电流响应，最大载流子密度为9.23×10^14cm^-3。本文的研究结果为利用微波法制备高性能CZTS太阳能电池提供了理论基础和实验依据。
关键词：Cu2ZnSnS4；纳米颗粒；微波法；性能
Abstract:
Cu2ZnSnS4(CZTS)isasemiconductormaterialwithpotentialphotovoltaicproperties.TheCZTSnanoparticleswerepreparedbymicrowavesynthesisandtheirstructural,morphological,opticalandelectricalpropertieswereinvestigated.TheresultsshowedthatthepreparedCZTSnanoparticleshadatetragonalcrystalstructureanduniformparticlesizedistributionwithregularmorphology.Thebandgapwas1.4eV,andtheopticalabsorptionrangewasbetween400nmand1200nm.Undertheilluminationof100mW/cm2,thepreparedCZTSnanoparticleshadahighphoto-responsecurrent,andthemaximumcarrierdensitywas9.23×10^14cm^-3.Theresearchresultsprovideatheoreticalbasisandexperimentalevidenceforthepreparationofhigh-performanceCZTSsolarcellsbymicrowavesynthesis.
Keywords:Cu2ZnSnS4;Nanoparticles;MicrowaveSynthesis;Properties
1.引言
随着能源危机的日益突出以及环保意识的增强，太阳能电池作为一种清洁能源技术，受到了越来越广泛的关注。在一系列太阳能电池材料中，CZTS是一种具有潜在光伏性能的半导体材料。它具有优异的光电特性，如较高的吸光系数和较高的原子数，能有效地转化太阳能为电能，因此成为太阳能电池领域的研究热点之一[1]。
随着纳米技术的发展，纳米材料在太阳能电池领域中的应用越来越广泛。纳米材料具有较大的比表面积、优异的光电特性和量子尺寸效应等特点，有望显著提高太阳能电池的效率。因此，制备高品质的CZTS纳米颗粒对于太阳能电池的研究具有十分重要的意义。
在制备CZTS纳米颗粒的方法中,一种新兴的方法是微波辅助化学合成。微波辅助化学合成是利用微波加热技术对反应体系进行加热，实现反应溶液的快速加热和定向加热的方法。与传统的合成方法相比，微波合成具有反应速度快、体系温度均匀、反应效率高等优点，已经成功用于制备多种纳米材料[2]。然而，在CZTS纳米颗粒制备方面的研究还比较有限，有必要通过微波法制备CZTS纳米颗粒，并对其性能进行研究。
本文将介绍一种通过微波法制备CZTS纳米颗粒的方法，并对其结构、形貌、光学和电学性能进行了研究。最后，探讨了所制备的CZTS纳米颗粒在太阳能电池领域中的应用前景和研究方向。
2.实验
2.1样品制备
CZTS纳米颗粒样品通过微波合成法制备。以Cu（NO3）2、Zn（NO3）2、SnCl4、Thioacetamide为原料，将Cu、Zn、Sn先溶于化学成分为2.5M的乙二醇中并用冰水混合搅拌，再将化学成分为0.2M的Thioacetamide溶于异丙醇中，在不断搅拌下缓慢加入到Cu、Zn、Sn前驱体溶液中，反应6小时后离心，用乙醇和纯水洗涤，干燥置于真空干燥箱中，制备得到了CZTS纳米颗粒样品。
2.2样品表征
（1）X射线衍射仪（XRD）：XRD是用于分析物质晶体结构的工具。在本文中，使用XRD仪观察CZTS纳米颗粒的晶体结构。
（2）扫描电子显微镜（SEM）：SEM是常用的观察纳米颗粒形貌的仪器。在本文中，使用SEM观察CZTS纳米颗粒的形貌。
（3）紫外可见漫反射光谱仪（UV-Vis）：UV-Vis测量材料的光学性质，包括能带结构