一种Cu₂ZnSnS₄半导体薄膜的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种Cu₂ZnSnS₄半导体薄膜的制备方法及其应用，该方法以无水乙醇为溶剂，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，草酸为还原剂,氯化铜水合物为铜源，氯化锌为锌源，氯化亚锡水合物为锡源，硫脲为硫源，配置反应前驱液；将清洗干净的FTO导电玻璃放入高压反应釜内衬中，与器壁成30°角且导电面朝下放置，然后将所配置的反应前驱液倒入反应釜内衬中，密封后将反应釜放入鼓风干燥箱中，恒温反应；反应完成后，FTO导电玻璃衬底上生长了Cu₂ZnSnS₄薄膜；通过调节十六烷基三甲基溴化铵和硫脲的浓度，合成具有不同纳米结构的Cu₂ZnSnS₄薄膜；直接制备在FTO导电玻璃上的Cu₂ZnSnS₄薄膜可以直接用作染料敏化太阳能电池的对电极，也可以用作铜基薄膜太阳能电池的吸收层。

主权项

一种Cu₂ZnSnS₄半导体薄膜的制备方法，其特征在于：采用溶剂热合成技术，直接在掺F的SnO₂透明导电玻璃FTO上制备Cu₂ZnSnS₄半导体薄膜；该方法以无水乙醇为溶剂，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，草酸为还原剂, 氯化铜水合物为铜源，氯化锌为锌源，氯化亚锡水合物为锡源，硫脲为硫源，配置反应前驱液，将清洗干净的FTO玻璃导电面朝下与高压反应釜内衬的内壁形成适当角度放入内衬中，然后将所配置的反应前驱液倒入高压反应釜内衬中，密封后将高压反应釜放入鼓风干燥箱中，恒温反应，在FTO导电玻璃衬底上制备得到Cu₂ZnSnS₄半导体薄膜；所述的制备方法包括以下具体步骤：（1）FTO 导电玻璃衬底的清洗将掺F的SnO₂透明导电玻璃FTO依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗10 min, 烘干；所述的导电玻璃FTO, 其方块电阻为 14 Ω/cm², 透射率大于90%；（2）配制化学反应前驱体溶液在40 ml的无水乙醇中依次加入1 mmol氯化铜、2 mmol氯化锌、0.5 mmol氯化亚锡和0.08~0.25mmol十六烷基三甲基溴化铵，磁力搅拌至充分溶解；然后加入1.4～4.2 mmol草酸，最后加入6~13mmol 硫脲，磁力搅拌至充分溶解，得到反应前驱体溶液；（3）FTO导电玻璃衬底上直接制备Cu₂ZnSnS₄半导体薄膜将清洗干净的FTO导电玻璃放入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，与器壁成30°角，且导电面朝下放置；将步骤（2）配好的前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬中，封釜，将高压釜置于高温干燥箱中，反应温度为180℃～200℃，反应时间为8～24 h；反应完成后将沉积有薄膜的FTO导电玻璃取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗三遍，再将其60℃真空干燥4小时得到Cu₂ZnSnS₄半导体薄膜。