静电纺丝法制备铜锌锡硫微纳米纤维及其性能表征.pdfVIP

摘要 摘 要 为了缓解当今化石能源的短缺问题，太阳能作为一种可持续发展的清洁能源 成为了具有很大潜力的替代能源。太阳能电池是人们利用太阳能的一种重要方式， 将人类无法直接利用的太阳辐射能转换为电能，其中太阳能薄膜电池是当今研究 的热点。而 Cu ZnSnS (简称 CZTS)作为太阳能电池吸收层材料具有吸收系数高、 2 4 光谱响应好、转化效率高、成本低、无污染等优点。 在制备 CZTS 材料的众多方法中，高压静电纺丝技术的制备工艺相对简单， 不需要真空或者高温高压条件，因而成本相对较低，可以实现大规模的生产。而 且在制备微纳米纤维的过程中可以控制纤维直径的大小及形貌。本文重点研究了 静电纺丝法制备CZTS 纳米纤维的工艺条件。通过对制备的CZTS 微结构及性能的 表征，研究了静电纺丝参数、退火工艺参数等诸多因素对 CZTS 微纳米纤维的形 貌、微结构、晶体结构及半导体性能的影响。本文主要的研究内容如下： （1）利用静电纺丝法成功的纺出了聚乙烯吡咯烷酮（PVP ）的微纳米纤维， 在不同的工艺条件对比下，研究了影响前驱体纤维形貌和直径的几个重要因素： 溶液的浓度（粘度）、流速、纺丝电压、接收装置等。掌握了静电纺丝纤维的形貌 可控及直径可调的工艺。 （2 ）以静电纺丝法成功制备了具有取向生长的CZTS 的微纳米纤维。对PVP 作为粘性剂调节的前驱体溶液的粘度、无机盐的浓度、电压、退火温度及升温速 率的调节实现了纤维的形貌、直径及性能的可控性。在550 ℃退火后保温2 h 所 制备的纤维有取向生长的趋势。 （3 ）对制备的CZTS 微纳米纤维进行了性能表征。形貌测试确定了纤维的形 貌、直径大小及纤维的组成状态；成分测试确定了其的主要成分为 Cu1+，Zn2+ ， Sn2+ ，S2- 四种离子；物相分析确定了所制备的微纳米纤维确实为CZTS 晶体，并且 发现了其取向生长的趋势；光吸收测试确定了其禁带宽度的值确实与太阳光相匹 配；光电响应测试证明了 CZTS 确实有良好的光电响应性能，适宜作为太阳能薄 膜电池的吸收层材料。 关键词： 太阳能薄膜电池，CZTS，静电纺丝，微纳米纤维，取向生长 I ABSTRACT ABSTRACT In order to alleviate the shortage of fossil fuels today, solar energy as a clean energy for sustainable development has become a great potential alternative energy. The solar cells is an important way for people to use solar energy, and can convert the suns radiant energy that humans can not be directly used into electrical energy, thin film solar cells is a research hotspot today. And CZTS as absorbing layer material has the advantages of high absorption coefficient, good spectral response, high conversion efficiency, low cost, no pollution and so on. Among the so many methods of the CZTS material preparation, high-volt