研究目的
研究硫化环境和升温速率对电子束蒸发堆叠金属前驱体形成Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜的影响。
研究成果
在低升温速率(1°C/分钟)下对单质硫粉进行硫化处理极有利于CZTS薄膜的形成,与H2S环境相比能获得更好的结晶度和更少的杂质相。玻璃/Cu/Zn/Sn/Cu前驱体堆叠结构制备的CZTS薄膜具有1.48电子伏特的带隙和少量ZnS杂质,适用于太阳能光伏应用。未来研究可优化硫化时间并探索其他前驱体配置以进一步减少杂质。
研究不足
在较高升温速率下,1小时的硫化时间可能不足以实现CZTS的完全形成,从而导致二次相的产生。挥发性元素(锡和锌)的损失尤其容易在较高升温速率时发生,这会影响薄膜的成分和性能。该研究仅限于特定的堆叠顺序和硫化条件;未探索其他参数或方法。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过在500°C下以不同升温速率(1、5和10°C/分钟)硫化1小时,采用电子束沉积的金属前驱体在不同环境(单质硫粉和5% H2S + N2气体)中制备CZTS薄膜。目的是理解硫化条件如何影响相形成并最小化二次相。
2:5和10°C/分钟)硫化1小时,采用电子束沉积的金属前驱体在不同环境(单质硫粉和5% H2S + N2气体)中制备CZTS薄膜。目的是理解硫化条件如何影响相形成并最小化二次相。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:使用钠钙玻璃衬底。金属前驱体(纯度99.9%的Cu、Zn、Sn)以特定厚度沉积(Cu:总180 nm,分为90 nm层;Zn:160 nm;Sn:230 nm),以实现富锌贫铜的成分。
3:9%的Cu、Zn、Sn)以特定厚度沉积(Cu:
3. 实验设备与材料清单:设备包括电子束蒸发器(加速电压3.3 kV,衬底旋转50 RPM,基础压力5×10^{-6} mbar)、石英晶体厚度监测器、X射线衍射仪(布鲁克Discover D8,CuKα辐射)、拉曼光谱仪(布鲁克Senterra,532 nm激光)、场发射枪扫描电子显微镜(卡尔蔡司Supra-S5)、能量色散X射线光谱仪(牛津仪器)和紫外-可见分光光度计(瓦里安5000)。材料包括单质硫粉、5% H2S + N2气体、N2载气和清洗溶剂(丙酮、甲醇、乙醇、去离子水)。
4:实验设备与材料清单:
4. 实验步骤与操作流程:衬底通过超声清洗。金属层通过电子束蒸发沉积。具有堆叠顺序玻璃/Cu/Zn/Sn/Cu(CZTC)和玻璃/Cu/Sn/Zn/Cu(CTZC)的前驱体薄膜在管式炉中于指定条件下硫化。使用XRD、拉曼光谱、FEG-SEM、EDS和紫外-可见光谱进行表征。
5:3 kV,衬底旋转50 RPM,基础压力5×10^{-6} mbar)、石英晶体厚度监测器、X射线衍射仪(布鲁克Discover D8,CuKα辐射)、拉曼光谱仪(布鲁克Senterra,532 nm激光)、场发射枪扫描电子显微镜(卡尔蔡司Supra-S5)、能量色散X射线光谱仪(牛津仪器)和紫外-可见分光光度计(瓦里安5000)。材料包括单质硫粉、5% H2S + N2气体、N2载气和清洗溶剂(丙酮、甲醇、乙醇、去离子水)。 实验步骤与操作流程:
5. 数据分析方法:将XRD图谱与JCPDS卡片对比。使用洛伦兹函数解卷积拉曼光谱以识别相。从SEM和EDS分析形貌和成分。光学带隙通过Tauc图使用(αhν)^2与光子能量的关系确定直接允许跃迁。
独家科研数据包,助您复现前沿成果,加速创新突破
获取完整内容-
X-ray diffractometer
Discover D8
Bruker
Analyzing phase formation in precursor and CZTS films using CuKα radiation.
-
Raman spectrometer
Senterra
Bruker
Studying phase purity of CZTS films with a laser source.
-
field emission gun scanning electron microscope
Supra-S5
Carl Zeiss
Observing morphology of films.
-
electron beam evaporator
Deposition of metallic precursor layers (Cu, Zn, Sn) on glass substrates.
-
quartz crystal thickness monitor
Monitoring and maintaining the thickness and growth rate of deposited layers.
-
energy dispersive X-ray spectrometer
Oxford Instrument
Analyzing composition of films.
-
UV-Vis spectrophotometer
5000
Varian
Evaluating optical bandgap of CZTS films.
-
登录查看剩余5件设备及参数对照表
查看全部