一种p型Cu2ZnSnS4纳米棒的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种p型CZTS纳米棒的制备方法，其特征在于，包括：第一步：将Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲溶解在二甲基亚砜溶液中，形成前驱体溶液；第二步：在镀有钼的玻璃衬底(Mo/SLG)上旋涂前驱体溶液并退火；第三步：在第二步所得的涂有前驱体溶液的玻璃衬底上重复进行第二步所述的旋涂前驱体溶液并退火的过程5-7次，得到p型CZTS纳米棒。本发明专利技术制备工艺简单，采用两步转速的spin coating方法即可完成，重复性较好；为其它四元硫族化合物纳米棒的制备提供了一个参考方法；为进一步提高Cu2ZnSnS4基太阳能电池的光电转换效率奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米棒的制备领域，特别涉及一种p型Cu2ZnSnS4纳米棒的制备方法。
技术介绍
典型的太阳能电池结构是由电极、吸收层、缓冲层和窗口层组成，太阳能电池吸收层材料的结构、结晶度、表面缺陷以及二元相等对电池的光电转换效率是至关重要的。近年来，作为构筑纳米级电子、光照器件的重要结构单元，一维纳米结构材料因其与体相材料所不同的独特的光学、电学性质，引起了国内外广泛的关注。Cu2ZnSnS4(CZTS)具有优良的光电特性，是一种极具发展潜力的薄膜太阳能电池吸收层材料。因其组成元素在自然界中储量丰富，成本低廉，对环境友好，理论上转换效率高达32.2％，所以它有望成为取代CdTe和CuIn1-xGaxSe2的最佳候选材料，是目前研究的一大热点。自2005年以来，CZTS的研究开始受到广泛的关注，关于CZTS材料的学术论文日益增多，制备方法多种多样，其电池的光电转换效率也在不断刷新。然而，大多数制备的CZTS纳米材料为多晶结构，这对进一步构筑CZTS基太阳能电池是十分不利的，为了进一步提高其光电性能，大量研究致力于实现CZTS单晶结构的可控制备。因此，一维CZTS纳米棒的研究受到高度关注，目前所报道的CZTS一维纳米结构的制备，都需要借助模板或者采用静电纺丝等需要高温强电场的方法，简易的制备CZTS一维纳米结构的工艺还存在很大的挑战。因此，探索p型CZTS纳米棒的制备方法是非常急需也是非常具有挑战性的，制备单晶的CZTS纳米结构一直是研究的重点与难点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是发展一种p型CZTS纳米棒的制备方法，该发明制备工艺简单，采用两步转速的spin coating方法即可完成，重复性较好；本专利技术提供了一种简单的制备纳米棒的方法，为其它四元硫族化合物纳米棒的制备提供了一个研究基础；本专利技术制备的CZTS纳米棒为进一步提高CZTS基太阳能电池的光电转换效率奠定了一定的物质基础。本专利技术的一种p型CZTS纳米棒的制备方法，其特征在于，包括：第一步：将Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲溶解在二甲基亚砜中，形成前驱体溶液；第二步：在镀有钼的玻璃衬底(Mo/SLG)上旋涂前驱体溶液并退火；第三步：在第二步所得的涂有前驱体溶液的玻璃衬底上重复进行第二步所述的旋涂前驱体溶液并退火的过程5-7次，得到p型CZTS纳米棒。优选地，所述第一步中Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲的摩尔质量比为2∶1∶1∶10，Cu(CH3COO)2·H2O的与二甲基亚砜的用量比例为0.2-0.8mol：1L。优选地，所述第二步中的旋涂前驱体溶液并退火的过程包括：在玻璃衬底上匀速滴下前驱体溶液同时将玻璃衬底在600-800rpm转速下旋转12-18s，停止滴液；然后让涂有前驱体溶液的玻璃衬底在转速1300-1500rpm下旋转20-30s；将所得的玻璃衬底在空气中400-450℃下退火1-5分钟，自然冷却至室温。更优选地，所述的玻璃衬底的第一次旋转的转速为700rpm，第二次旋转的转速为1400rpm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术制备工艺简单易行，采用两步转速的spin coating方法即可完成，重复性较好；(2)本专利技术提供了一种简单的制备纳米棒的方法，为其它四元硫族化合物纳米棒的制备提供了一个参考方法；(3)本专利技术制备的CZTS纳米棒结晶性好，为进一步提高CZTS基太阳能电池的光电转换效率奠定了一定的物质基础。附图说明图1为CZTS纳米棒制备流程图；图2为实施例1制备的CZTS纳米棒的X射线衍射花样；图3为实施例1制备的CZTS纳米棒的X射线光电子能谱；图4为实施例1制备的CZTS纳米棒的(a)扫描电子显微镜(SEM)照片(b)TEM照片(c)HRTEM照片和(d)选区电子衍射图谱(SAED)；图5为实施例1制备的CZTS纳米棒的室温拉曼光谱；具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1一种p型CZTS纳米棒的制备方法，如图1所示，具体步骤为：(1)将摩尔比为2∶1∶1∶10的Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲样品充分溶解在40ml的二甲基亚砜中，形成淡黄色前驱体溶液，Cu(CH3COO)2·H2O的与二甲基亚砜的用量比例为0.2mol：1L；(2)在镀有钼的玻璃衬底(Mo/SLG)上旋涂前驱体溶液并退火，所述的旋涂前驱体溶液并退火的过程为：在Mo/SLG衬底上匀速滴下前驱体溶液同时将Mo/SLG衬底在700rpm转速下旋转15s，停止滴液；然后让涂有前驱体溶液的Mo/SLG衬底在转速1400rpm下旋转25s；将所得的Mo/SLG衬底在空气中420℃下退火3分钟，自然冷却至室温；(3)在步骤(2)所得的涂有前驱体溶液的玻璃衬底上重复进行步骤(2)所述的旋涂前驱体溶液并退火的过程6次，得到p型CZTS纳米棒。利用X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的物相和成分进行分析；用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)对所得样品的形貌和晶格结构进行分析和表征；并用拉曼光谱和霍尔效应分别对样品的振动特性和电学性质进行测试分析，结果表明样品为CZTS纳米棒，呈现p型导电性，即制备出p型CZTS纳米棒。下面图是样品的XRD衍射花样、XPS能谱、SEM照片、TEM照片、HRTEM照片、SAED图谱以及室温下拉曼光谱，表1为样品的霍尔效应测试结果。图2是在Mo/SLG衬底上合成的CZTS纳米棒的XRD衍射花样，图中位于28.4°，47.6°和56.3°的特征峰分别归属于四方相CZTS(JCPDS No.26-0575)的(112)、(220)和(312)面。其中(112)衍射峰比较强且尖锐，表明了CZTS在Mo衬底上的优先生长方向。另外，2θ＝40.5°处的衍射峰来自于衬底，可以指标为立方结构的Mo的(110)面(JCPDS 42-1120)。没有观察到其它二元或三元硫化物的衍射峰或其它杂质，表明该产物是高度纯相。图3是CZTS纳米棒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种p型CZTS纳米棒的制备方法，其特征在于，包括：第一步：将Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲溶解在二甲基亚砜中，形成前驱体溶液；第二步：在镀有钼的玻璃衬底上旋涂前驱体溶液并退火；第三步：在第二步所得的涂有前驱体溶液的玻璃衬底上重复进行第二步所述的旋涂前驱体溶液并退火的过程5‑7次，得到p型CZTS纳米棒。

【技术特征摘要】
1.一种p型CZTS纳米棒的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：将Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲溶解在二甲基亚
砜中，形成前驱体溶液；
第二步：在镀有钼的玻璃衬底上旋涂前驱体溶液并退火；
第三步：在第二步所得的涂有前驱体溶液的玻璃衬底上重复进行第二步所述
的旋涂前驱体溶液并退火的过程5-7次，得到p型CZTS纳米棒。
2.如权利要求1所述的p型CZTS纳米棒的制备方法，其特征在于，所述第
一步中Cu(CH3COO)2·H2O、ZnCl2、SnCl2·2H2O和硫脲的摩尔质量比为2∶1∶1∶10，
Cu(CH3COO)2·H2O的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春瑞，章莎莎，孙林，徐靖，王栋，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31