SnS纳米粉体及薄膜的制备和表征

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1、SnS纳米粉体及薄膜的制备与表征摘要硫化锡(SnS)的直接禁带宽度Eg约为1．2～1．5eV，接近太阳能电池的最佳禁带宽度1．5eV，在理论上其能量转换效率达到25％；其吸收系数a>104cm-1；其组成元素S和Sn在地球上储量丰富、廉价、无毒，有很好的环境兼容性。因此，它作为太阳能电池吸收层具有独特{的优越性。本文主要研究了SnS纳米粉体及薄膜的制备技术并对其结构、成分和性能进行了表征。采用直接沉淀法和均匀沉淀法制备了SnS纳米粉体。对所得样品用XRD、SEM、EDS等分析手段进行了表征，探讨了热处理对粉体结构性能的影响，并对所用的两种制备方法作了简要的比较。结果表明

2、：两种方法得到的样品均为斜方晶体结构的多晶SnS粉体；采用直接沉淀法合成的粉体粒径范围在20．50nm，且粒度分布十分均匀；采用均匀沉淀法合成的粉体粒径大小在30nm到100nm不等，粉体中的S和Sn原子更接近化学计量比l：l，品质更好。采用化学浴法和连续离子反应法制备了SnS薄膜。研究了不同工艺条件和参数对SnS薄膜品质的影响，得到了制备SnS薄膜的优化工艺条件，并从理论上分析了两种方法制备过程中SnS薄膜的形成机理。结果表明：化学浴法制备过程中反应物三乙醇胺的浓度、溶液的pH值对反应有很重要的影响。连续离子反应法获得的优化工艺条件为：氯化亚锡的浓度是0．2mol／L

3、，硫化钠的浓度是O．1mol／L；氯化亚锡溶液的反应温度是60℃，硫化钠溶液的反应温度是室温。利用XRD、SEM等分析手段对所得SnS薄膜样品进行了表征，XRD分析结果表明，所制备的薄膜样品为SnS；SEM观察结果显示，化学浴法制备的薄膜样品的表面较之连续离子反应法所得到的薄膜样品的表面晶粒更加细小均匀，致密平整。利用紫外．可见分光光度计测量SnS薄膜的吸光度光谱，对其光学性能进行了研究。研究了化学浴法中不同工艺条件对SnS薄膜光学性能的影响，同时计算了不同工艺条件下SnS薄膜样品的光学直接能带间隙。结果表明：随着沉积时间的延长，SnS薄膜的直接能带间隙从1．9eV减小

4、到1．7eV；随着沉积温度的升高，SnS薄膜的直接能带间隙从1．6eV减小1．5eV。关键词：太阳能电池，SnS，纳米粉体，薄膜，光学性能THEPREPARATl0NANDCHARACTEIUZATIONOFSnSNANOP0Ⅵ回ERSANDTHINFILMSABSTRACTTinsulfidehasaildirectenergygapofEg(1．2～1．5eV)，whichisveryclosetotheoptimumenergygap1．5eVofsolarcells，andithasahighabsorptioncoefficient(a>l04cm。1)and

5、ahighconversionefficiency(25％)．Inaddition，elementsSnandSareabundantandnon-toxicinnature．Therefore，SnShasitsownadvantageasanabsorptionlayerofsolarcells．Inthisthesis，thepreparationofSnSnanopowdersandthinfilmshavebeenreportedandthestructure，compositionandpropertiesofthemwereinvestigated．Tin

6、sulfidenanopowdersweresuccessfullypreparedbydirectprecipitationmethodandhomogeneousprecipitationmethod．TheobtainedspecimenwerecharacterizedbyX—raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscopy(SEM)andenergydispersiveX—rayspectroscopy(EDS)，etc．Theinfluenceofheattreatmentonthestructureandperf

7、ormanceofthenanopowderswerestudiedandacomparisonbetweenthetworoutesweremade．TheresultsshowedthatthepreparedpowdersbythetwomethodswerepolycrystallincSnSwithorthorhombiccrystalstructure．Theaveragesizeofthepowderssynthesizedbythedirectprecipitationmethodwere．20-50ntowithvery