铜铟硫T5四面体簇合物的合成、组装及光电性质

发布时间：2020-06-17 04:56

【摘要】：近年来,铜铟硫属化合物因具有结构稳定、光电性能良好等特点,是光电应用领域发展前景十分广阔的一类材料,被用于制备的一系列新型薄膜太阳能电池。然而铜铟硫(CuInS_2)材料大多为聚合物,在普通溶液中溶解度很小,因而光电薄膜的制备往往需要特殊的工艺。而针对这类材料的均匀分散溶液体系的研究进展依然十分缓慢,而获得一种便于制备且又易得的前驱体溶液对于规模生产光电器件显得尤为重要。本论文研究工作,采用经济实用的一步原位溶剂热合成的方法合成了一种新型铜铟硫属晶体化合物,其结构由离散的T5超四面体纳米簇构成。并找到了一种能使离散T5簇均匀分散在溶液中的新颖方法,这为人们研究分散的簇类化合物体系提供了新的方法;同时,针对这种具有均一离散簇的溶液,进一步探索了这种离散簇在溶液中的重新组装,采用过渡金属卤化物离子桥连溶液中的T5单簇,以期获得具有孔洞类的多元硫属化合物材料,并对其膜材料的性能做了一系列测定。论文的主要研究内容包括:一、绪论部分主要包括了两方面的研究内容,一方面简要概述了铟硫属化合物的合成方法及早期研究进展;另一方面系统介绍了离散的超四面体(Tn)铟硫属化合物的发展历程及一系列基于Tn簇的组装过程,并介绍了此类簇合物的性能及本课题研究的思路。二、首次合成了一种产量高、低毒的三元离散型T5超四面体CuInS纳米铜簇化合物。该化合物的晶体具有2.15 eV带隙值,是一种潜在的半导体光电材料,且在常温下能保持较高的稳定性;并发现了一种独特的方法将晶体化合物中的T5簇均匀分散在LiBr-DMF溶液中,并通过湿法旋涂将溶液中的纳米簇修饰在具有TiO_2基底的ITO玻璃电极上,进一步测定了光电流和光催化方面的性能。该工作为纳米簇合物的湿法修饰开创了一种简便的方法。三、基于上述T5离散簇溶液的制备,我们又进一步将过渡金属离子引入其中,通过离子桥连方式连接溶液中的单一铜铟硫纳米簇,进而形成具有较大孔洞的新型多元硫属化合物材料(CuMInS,M=Zn,Cd),然后通过一系列测试(XPS、SEM、BET等)对材料进行了表征。并制备了泡沫镍-CuMInS电极,测定了循环伏安、电容和阻抗等特性,研究表明此种方法所获得的新型化合物样品具有很好的电化学性能。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O641.4
【图文】：

太阳能光伏电池,市场份额

渡金属元素之间通过金属键、共价键、范德华力进行配位而形成的新颖结构，通们采用四面体配位方式建构而成，并且其在诸多应用研究领域中也发挥着举足轻作用。现今，人们对于太阳能电池（晶体硅电池、薄膜涂层电池、新型太阳能电）的研究已经不断发展（图 1-1），市场中占比较高的为硅基电池，它们虽然具高的效率和稳定性，但是其制作能耗较高，制作成本也十分昂贵。一些多元化合膜电池因具有制作成本低，便于大规模生产，还可以制成任意卷曲形状进而受到的关注。主族金属硫属化合物及其衍生物因具有多种独特的结构和良好的光电性在一系列研究应用中脱颖而出。人们对于铟硫属三维孔洞化合物已经有了很好的，这种新奇的大孔径 Tn 簇具有极好的离子交换，吸附，光催化及荧光等特性，，CuInQ 材料在太阳能电池应用方面也发挥着巨大作用。最近，人们还成功制作种涂层薄膜特别是 Cu-In-S 薄膜材料，它的柔性较高、寿命长、毒性低，有望实规模量产，进而成为人们研究的热点之一。

纳米簇,四面体

图 1-2. 超四面体 Tn 纳米簇的研究进展。纪 90 年代初，Bedard 课题组最先开始在溶剂热条件下巧妙的以 R4N，制备了第一个 GeSnS 属化合物[4]，他们还在低温条件下采用溶剂热方ⅢA-ⅣA族金属硫属簇合物，其中有机胺作为平衡阳离子起到稳固结构另外，一些具有半导体特性的大孔洞结构和潜在应用也将开框架硫属化到了沸石研究上，这种微孔硫属化物的研究开始受到越来越多的关注一步研究具有良好性能的无机-有机开框架硫属化合物指明了方向。年，O.M.Yaghi 等人基于 TX4(T1)超四面体无机框架[15-18]，率先在 14应釜中制备了尺寸为 20 的 Cd4In16S3310-方晶石框架黄色八面体晶体[1述了 Cd2+对这一结构的促进作用，但这种结构不能溶解在水及有机极性中。年，Xiaoying Huang 等在固相条件下合成了最大的建立在共价键超四

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