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纳米晶尺寸和碳对铜锌硫化锡纳米晶涂层退火过程中晶粒长大的影响
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2017-02-14 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b05058
Bryce A. Williams 1 , Michelle A. Smeaton 1 , Nancy D. Trejo 1 , Lorraine F. Francis 1 , Eray S. Aydil 1
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通过退火由Cu 2 ZnSnS 4的胶态分散体流延的涂层来制备多晶膜(CZTS)纳米晶体在硫蒸气中。这种基于纳米晶体分散体的途径是用于生产低成本薄膜太阳能电池的有前途的潜在低成本方法。我们研究了纳米晶体尺寸,硫压力和碳浓度对退火过程中微结构发展和晶粒生长的影响。将平均直径为5或35 nm的CZTS纳米晶体的分散体制备的涂层在600℃,50或500 Torr的硫中退火10–60分钟。CZTS纳米晶体的尺寸影响晶粒生长的速率和机理。当退火由5 nm纳米晶体组成的涂层时,异常的晶粒生长会在涂层表面形成微米级的CZTS晶粒。相反,当对由35 nm纳米晶体组成的CZTS涂层进行退火时,晶粒会通过正常的晶粒生长而均匀地生长。晶粒生长速率随硫压力的增加而增加,而与纳米晶体的大小无关。源自用于稳定纳米晶体分散体的配体的碳的存在会增强晶粒的异常生长,但是过多的碳最终会抑制所有晶粒的生长。基于这些观察,我们提出了一种在硫中CZTS纳米晶体涂层退火过程中微观结构发展的机制。尽管人们已经进行了大量研究工作,以期通过配体交换或预退火处理,在硫化或硒化之前从纳米晶体涂层中还原碳,相信降低的碳浓度有助于CZTS微观结构的发展和太阳能电池的效率,但这项工作表明碳在在CZTS晶粒生长中的作用比以前假设的更为复杂和重要:



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更新日期:2017-02-14
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