[發明專利]一種Cu2ZnSnS4/石墨烯復合半導體薄膜的制備方法及其應用有效
| 申請號： | 201610014225.1 | 申請日： | 2016-01-11 |
| 公開（公告）號： | CN105669045B | 公開（公告）日： | 2018-04-24 |
| 發明（設計）人： | 龐洲駿;招瑜;魏愛香;劉俊;肖志明;陳鎮海 | 申請（專利權）人： | 廣東工業大學 |
| 主分類號： | C03C17/34 | 分類號： | C03C17/34;H01G9/042;H01L31/0224;H01L31/04 |
| 代理公司： | 廣州市南鋒專利事務所有限公司44228 | 代理人： | 劉媖 |
| 地址： | 510090 廣東*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 cu sub znsns 石墨 復合 半導體 薄膜 制備 方法 及其 應用 | ||
技術領域
本發明涉及一種復合半導體薄膜的制備方法及其應用，具體涉及一種Cu2ZnSnS4/石墨烯復合半導體薄膜的制備方法及其應用，屬于半導體薄膜制備技術領域。
背景技術
能源危機和環境污染是當前人類面臨的兩大危機，解決此問題的方法：一方面是傳統產業節能減排，另一方面是開發可再生的清潔能源。太陽能是開發潛力最大的可再生資源，以太陽能光伏技術為支撐的太陽能利用正在給人類的能源消費結構帶來革命性的變化。
近年來，I2-II-IV-VI4族四元化合物銅鋅錫硫（Cu2ZnSnS4，簡稱CZTS）半導體薄膜被認為是一種有望替代銅銦鎵硒（CuInxGa1-xSe2，簡稱CIGS)薄膜的新型太陽能電池材料。CZTS具有以下優點：（1）在紫外－可見光波段具有寬吸收帶，吸收系數高達104cm-1；（2）禁帶寬度值為1.5eV，與半導體太陽能電池所需的最佳禁帶寬度十分接近；（3）元素銅、鋅、錫、硫地球儲量均非常豐富，成本低；（4）不含有毒元素，對環境友好；基于以上優點，CZTS是一種綠色、廉價、安全、適合大規模生產的新型太陽能電池材料，必將成為繼CdTe和CIGS薄膜之后的又一具有廣闊發展前景的光伏材料。
但半導體主要存在兩個缺陷：（1）只能吸收波長小于420nm紫外光線而紫外光在太陽光譜中所占的比例不足5%，故太陽能的利用率很低；（2）所產生的光生電子與空穴非常容易復合這將直接影響的光吸收效率。石墨烯是一種由單層碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜二維材料，石墨烯及其衍生物氧化石墨烯具有優異的電學熱學光學和力學性能。石墨烯具有特殊的單原子層結構和新奇的物理性質：強度達130GPa、熱導率約5000J/(m·K·s)、禁帶寬度幾乎為零、載流子遷移率達到2×105cm2/(V·s)、高透明度（約97.7%）、比表面積理論計算值為2630m2/g，石墨烯的楊氏模量（1100GPa）和斷裂強度（125GPa）與碳納米管相當，它還具有分數量子霍爾效應、量子霍爾鐵磁性和零載流子濃度極限下的最小量子電導率等一系列性質。在過去幾年中，石墨烯已經成為了材料科學領域的一個研究熱點。
石墨烯復合材料良好應用前景，特別是在半導體行業的引用引起了人們的極大關注。在太陽能電池材料中石墨烯/半導體復合材料能有效提高電子空穴對的分離，進而提高太陽光的吸收效率。
發明內容
本發明針對現有技術存在的問題，提供一種采用溶劑熱合成技術直接在FTO透明導電玻璃上制備Cu2ZnS nS4/石墨烯復合半導體薄膜的方法，工藝簡單，成本低廉，性能和應用效果好。
為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案是：
一種Cu2ZnSnS4/石墨烯復合半導體薄膜的制備方法，包括以下步驟：
（1）FTO 導電玻璃襯底的清洗：將摻F的SnO2透明導電玻璃FTO依次放入丙酮、無水乙醇和去離子水中各超聲清洗10 min，烘干；
（2）制備石墨烯薄膜骨架：在50ml乙二醇溶液中加入改進hummer法制備的氧化還原石墨烯粉末0.01~0.1g，用超聲粉碎儀超聲分散10min，然后使用滴管吸取0.02~0.1ml石墨烯懸濁液，滴加在FTO玻璃導電面，置于鼓風干燥機，60-200℃恒溫干燥，得到石墨烯薄膜；
（3）配制化學反應前驅體溶液：在50 ml的乙二醇中依次加入4 mmol氯化銅、2 mmol氯化鋅、2 mmol氯化亞錫，磁力攪拌至充分溶解；然后加入5~11mmol 硫脲，0~1.28g PVP磁力攪拌至充分溶解，得到反應前驅體溶液；
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