CuInS_2薄膜的单源热蒸发制备及其性能研究

本文以烧结合成的CuInS2粉末为原料,采用单源热蒸发技术在玻璃基底上沉积CuInS2薄膜。随着退火温度的升高,薄膜的结晶性能增强,表现出高度的(112)晶面择优取向,SEM观察显示:350℃退火后,薄膜致密,晶粒细小,大小为数十纳米。同时,热探针测试发现:薄膜的导电类型为弱N型。光学性能方面,当退火温度高于250℃时,CuInS2薄膜的禁带宽度为1.50 eV,接近吸收太阳光谱所需的理想禁带宽度值。

CuInS_2/ZnS核壳结构量子点的水相制备与性能研究

因不含Cd、Pb、Te等有毒元素,且具有在可见光至近红外光波段可调的发光性能,铜铟硫(CuInS_2)量子点作为一种新型的I-III-VI型三元半导体材料,广泛应用于分析检测和生物成像等领域。本研究采用一种低毒低温的方法快速合成CuInS_2量子点及其ZnS核壳结构量子点,不仅利用ZnS带隙较宽且表面缺陷少的特点,弥补了CuInS_2量子点的劣势,提高了CuInS_2量子点的发光性能;同时由于低毒性ZnS壳层的包覆,进一步降低生物毒性。当Cu∶In摩尔比为1∶1时,CuInS_2量子点于530 nm处出现明显的发射峰,且随着In含量的增加,发光峰逐渐红移。包覆ZnS壳层后,CuInS_2量子点的发光强度明显增大,且谱峰明显红移。当Cu∶Zn比为1∶1,回流时间为45 min时,合成的CuInS_2/ZnS量子点发光性能最优。该合成方法节省能源、生产效率高、绿色环保,具有较大的应用前景。

溶剂热合成CuInS_2纳米粉体及薄膜的制备

本文以氯化铜、氯化铟、硫脲为原料,以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法在常压下合成了片状的CuInS2（C IS）纳米粉体。研究了合成温度、合成时间、溶液浓度对合成产物C IS物相和形貌的影响。采用涂覆工艺对粉体成膜,研究了热处理对C IS薄膜的影响。采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）及能谱仪（EDS）对合成产物进行了分析表征。研究结果表明：随着合成温度的升高和合成时间的延长,合成粉体的纯度提高。随着溶液浓度的增大,衍射峰出现宽化现象,合成粉体的粒径变小。在合成温度为195℃,保温时间为12 h,反应溶液浓度为氯化铜0.02 mol/L、氯化铟0.02 mol/L、硫脲0.04 mol/L的条件下,制备得到单一的C IS片状纳米粉体,片状颗粒的大小为200~500 nm,最终经过热处理能获厚度在5~8μm左右的相对致密的C IS薄膜。

花状CuInS2微晶的溶剂热合成及表征

以CuCl2.2H2O为铜源,InCl3为铟源,硫脲（Tu）为硫源,分别以N,N二甲基甲酰胺（N,N-dimethylformamide,DMF）、乙二醇、乙醇、聚乙二醇-300为溶剂在200℃下反应12h合成花状CuInS2微晶。用X射线粉末衍射仪、X射线光电子能谱、场发射扫描电子显微镜对粉体的结构、形貌、相组分进行表征。研究表明：以DMF、乙二醇、乙醇、聚乙二醇-300为溶剂均能得到由厚度为100-200nm的纳米片组成的花状CuInS2微晶。并对其形成机理进行探讨。

CuInS_2纳米晶的制备和发光性质

以十二硫醇为溶剂,通过选择合适的金属源制备了各种尺寸的CuInS2量子点。观察到随着粒子的尺寸减小,其吸收和发光光谱明显蓝移,存在明显的量子尺寸效应。通过在CuInS2纳米晶表面包覆ZnS壳层,发现随着壳层厚度增加,其发光量子效率明显提高,最大达到了48%;继续增加壳层厚度,其发光量子效率反而降低。进一步测量它们的荧光寿命,发现包覆ZnS壳层后的CuInS2纳米晶的荧光寿命明显增加,证实表面包覆明显减少其表面的无辐射复合中心,提高了其发光效率。进一步制备了CuInS2/ZnS核壳量子点发光二极管,并对其电致发光性质进行了研究。

硫分压对光吸收层CuInS_2薄膜性能的影响

在不同硫分压r(r=Sn/[N2+Sn])下,采用Cu-In预制膜硫化法制备了CuInS2薄膜。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、霍尔测试仪、紫外-可见光分光光度计对薄膜的表面形貌、结构、电学、光学性能进行了表征分析。结果表明:随着r增加,薄膜的结晶质量提高,当r=1/2时,晶粒大小如一,粒度保持在1μm左右,沿[112]晶向择优生长,载流子浓度为5.6×1016cm-3,光学带隙在1.53eV左右。

热处理对化学水浴沉积法制备的CuInS_2薄膜的影响

采用二步化学水浴沉积法制备了太阳电池材料CuInS2薄膜,通过XRD、EDX和SEM,对薄膜的结构、成分、形貌进行了研究,并研究了不同的热处理过程对CuInS2薄膜的形成的影响。研究指出:二步化学水浴沉积法制备的CuInS2薄膜经过非真空的一步高温长时间热处理,薄膜容易被氧化,而在低真空下,采取低温-高温两步退火处理后,薄膜的结晶度和形貌都有一定程度的提高,因此后一热处理过程适合化学水浴沉积法制备CuInS2薄膜的后续热处理。

电沉积制备CuInS_2半导体薄膜及其光学性能研究

利用电化学循环伏安法研究了Cu2+、In3+及S2O23-在不同pH条件下的伏安特性,发现以柠檬酸为络合剂,pH=6时几种离子在-0.8 V电位下的电化学还原行为相近,在此基础上采用恒电位法在ITO导电玻璃基底上制备CIS薄膜太阳能电池用的吸收层材料CuInS2半导体薄膜。为提高膜层的结晶度,选取空气、Ar、及Ar+S三种气氛对沉积的膜层进行热处理,SEM、XRD及Raman光谱结果表明,经Ar气氛中硫化热处理才可以得到结晶度好且形貌均匀致密的薄膜。Cu2+/In3+比影响薄膜的结晶生长,结果表明,随着Cu/In比的增大,薄膜以典型的黄铜矿结构为主,当沉积电位为-0.8V且Cu2+/In3+=1.8时基底上得到的高质量CuInS2半导体薄膜的光学带隙是1.55 eV。

纤锌矿CuInS_2纳米晶的合成及其机理研究

采用一步溶剂热法合成纤锌矿结构CuInS2（W-CIS）纳米粉体,并对其生长形成机理进行了研究。利用XRD、FE-SEM及EDS对W-CIS纳米晶的结构和形貌以及元素组成进行分析,研究了溶剂热合成过程中的铜源、硫源、反应温度及反应时间对CuInS2纳米粉体物相及形貌的影响。结果表明：以Cu Cl2·2H2O或Cu（CH3COO）2·H2O、In Cl3·4H2O和硫脲为原料,聚乙二醇-400、乙二胺为溶剂于200℃下反应2 h可以成功合成出结晶性良好的CuInS2纳米片,直径约为300 nm,厚度大约为10~20 nm。通过研究发现,乙二胺对形成纤锌矿结构CuInS2起着关键的作用,并且该粉体对亚甲基蓝的降解率可达75.04%。

硫化温度对CuInS_2薄膜微结构和光学性能的影响

采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积Cu-In合金预置膜,采用固态硫源在N2气氛下硫化热处理的方法制备了CuInS2薄膜。研究了硫化温度对CuInS2薄膜的晶相结构、表面形貌和光学带隙等性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)等测试手段对薄膜的晶相结构、表面形貌、光学性能进行了表征。结果表明,Cu-In合金预置膜经550℃硫化热处理20min可制备出黄铜矿结构的CuInS2薄膜,并具有(112)面的择优取向,所制备的CuInS2薄膜晶粒粒径约为1μm,光学带隙为1.51eV。

热注入法制备CuIn(Se,S)_2纳米材料的研究进展

介绍了CuIn(Se,S)2纳米材料的晶体结构和性质,以及热注入法的原理和特点。重点论述了近年来国内外采用热注入法制备不同形貌和结构CuIn(Se,S)2纳米材料的研究进展,概括了其反应机理和影响因素。综述了CuIn(Se,S)2纳米材料在太阳能电池、QD-LED及生物标记上的应用。探讨了目前存在的问题及今后的研究方向。

掺杂CuInS_2纳米晶玻璃的三阶非线性光学性质

采用溶胶-凝胶法结合气氛控制制备了CuInS2纳米晶玻璃.利用X射线粉末衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对CuInS2纳米晶在玻璃中的形貌和微结构进行了表征,并利用飞秒Z扫描技术对该玻璃的三阶非线性光学性质进行了研究.结果表明,在钠硼硅玻璃中形成了尺寸分布为10 nm左右的均一的CuInS2四方晶系纳米晶.该玻璃体现出优良的三阶非线性光学性能,其三阶非线性光学折射率γ、吸收系数β和极化率χ(3)分别为8.57×10-16 m2/W,3.74×10-8 m/W和1.95×10-17 m2/V2.

硫化时间对CuInS_2薄膜微结构的影响

采用磁控溅射技术在镀Mo玻璃基片上沉积Cu-In金属预制膜后在N2气氛下硫化制备CuInS2薄膜。研究热处理硫化时间对CuInS2薄膜的表面形貌和晶相结构性能的影响。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱等测试手段对薄膜的表面形貌和晶相结构进行表征。实验结果表明,采用磁控溅射金属预制膜经适当的时间硫化所制备的CuInS2薄膜为黄铜矿结构,随着硫化时间的增加,CuInS2薄膜的晶粒的形貌由球形结构向片状结构转化,并且硫化时间越长,所得薄膜的结晶性能越好,但过长的硫化时间会生成Cu-Au相而导致薄膜质量的劣化。

水热及溶剂热制备形貌可控CuInS_2光伏材料的研究进展

纳米CuInS_2材料是一种直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.50eV,吸收系数高达10~5cm^(-1),在太阳电池领域有着广阔的应用前景。水热及溶剂热法是液相制备纳米粉体的常用方法之一,其用于制备形貌可控的CuInS_2光伏材料具有独特的优势。介绍了黄铜矿型CuInS_2晶体的结构和性质以及水热及溶剂热法的原理和特点;综述了近年来国内外水热及溶剂热法制备不同形貌与结构CuIS_2光伏材料的研究现状,研究了其制备特点及制备机理;最后探讨了目前存在的问题及今后研究的方向。

CuInS_2纳米晶的制备及三阶非线性光学性质的研究

以无水醋酸铜(Cu(AC)2)为铜源,氯化铟(InCl3)为铟源,正十二硫醇(DDT)为硫源,1-十八稀(ODE)为溶剂在240℃条件下反应3h,合成了金字塔形的CuInS2纳米晶。用X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),透射电子显微镜(TEM),能量分散光谱(EDS),Z-Scan技术对粉体的结构、形貌、相组成、三阶非线性光学特性进行表征。结果表明:通过一锅法可以合成单分散颗粒尺寸为5-7nm的金字塔形CuInS2纳米晶;分散在正己烷中的CuInS2纳米晶的三阶光学非线性折射率γ,三阶光学非线性吸收系数β以及三阶光学非线性极化率χ(3)分别为3.444×10-17m2/W,4.526×10-7m/W和1.390×10-8esu。

太阳电池中CuIn合金膜电沉积

对以柠檬酸为络合剂,不锈钢为电极,在不同条件下电沉积CuIn膜的成分和形貌特征进行了分析。并系统讨论了温度、电流密度、pH值、络合剂、浓度、搅拌等条件对成分、形貌的影响。分析了镀层成分与工艺条件的关系,从而能根据预制膜的成分和形貌采用不同的工艺条件,得到理想的结果。

双原子分子CuIn的势能函数与稳定性研究

用原子分子反应静力学原理推导出了CuIn分子的基态电子状态及其理解极限.使用小核实赝势(LANL2DZ),在MP2理论水平上详细计算了CuIn分子基态的平衡核间距Re和离解能De分别为0.264nm、136kJ/mol,与实验和文献值基本一致,在此基础上用MP2方法进行能量扫描得到了CuIn分子势能曲线,得到单态和三重态的势能曲线,确定单态是分子CuIn的基态,属于亚稳态结构.

电子相关效应和相对论效应对CuIn分子基态X^1∑^+平衡几何构型和稳定性的修正

使用相对论与非相对论赝势,在HF、B3LYP水平上详细研究了电子相关效应和相对论效应对CuIn分子平衡几何构型和能量的影响。结果显示,电子相关效应缩短核间距,提高振动频率,降低能量;相对论效应加强了它的强度,使CuIn分子更加稳定。同时,在B3LYP水平上采用相对论有效核芯势(RCEP)进行能量扫描得到了CuIn分子势能曲线,给出CuIn分子的力参数和光谱数据。计算结果显示,得到的CuIn分子基态平衡几何、振动频率、解离能等与可得到的试验结果吻合。

CuInS_2微球的溶剂热法制备、表征与光电化学性质

以氯化亚铜、氧化铟、盐酸、硫脲和乙二醇为原料采用溶剂热法制备纳米片和纳米颗粒自组装CuInS2微米球,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对产物进行表征.XRD结果表明所制备的产物均为黄铜矿结构CuInS2,且结晶度良好.SEM结果显示得到两种外形不同的直径约为2～5.5μm的球体结构,一种是表面很光滑的微球体,另一种是由纳米片自组装的微球体.光伏性能测试结果显示,在入射光强Is为2.733w·cm-2CuInS2微球的短路电流Isc=19.907mA,开路电压为185mV,填充因子为0.273,光电转化效率为0.11%.

CuInS2量子点敏化ZnO基光阳极的制备与性能研究

采用两步法在导电玻璃(FTO)基板上制备纯氧化锌(ZnO)纳米棒和钇掺杂的氧化锌(ZnO∶Y)纳米棒,采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在所制备的ZnO及ZnO∶Y纳米棒上沉积CuInS2量子点制备ZnO/CuInS2和ZnO∶Y/CuInS2光阳极。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、电流密度-电压(J-V)曲线等技术手段对不同光阳极样品的晶相结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能和太阳电池性能进行了表征。实验结果表明:所制备的ZnO纳米棒和ZnO∶Y纳米棒为六方纤锌矿结构。CuInS2量子点敏化的ZnO纳米棒薄膜的光学带隙从3.22 eV减小为2.98 eV。CuInS2量子点敏化ZnO∶Y太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率比未掺杂的ZnO纳米棒组装的太阳能电池分别提高了6.5%和50.4%。