纤维锌矿Cu2ZnSnS4纳米晶的合成及其光学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

我国90%以上的能源消耗属于化石能源，化石能源的长期使用必然导致两方面问题：一是能源储存有限，可持续性难以保证；另一方面化石能源的过度使用，导致环境持续恶化，产生了严重的环境问题。寻找高效可再生的清洁能源是解决目前所遇到的困境的最佳解决方案。目前已经发现和正在开发利用的新能源主要有风能、太阳能、生物质能、可燃冰、地热能、潮汐能、可替代燃料等。而太阳能作为一种储量丰富的可再生能源，具有清洁、安全、资源相对广泛等优点，受到了广泛关注。

目前太阳能的利用主要是通过太阳能电池来实现的。太阳能电池是一种采用半导体材料作为光吸收层，通过光电效应将太阳能转换为电能供人类储存或使用的器件。铜锌锡硫(cu₂znsns₄，czts)是一种四元半导体化合物，具有良好的光吸收系数，其禁带宽度也与太阳光所需的最佳禁带宽度相符合，是一种良好的太阳能电池材料。除此之外，czts所含元素的丰度均较高，且环境友好。因此，czts半导体材料受到了广泛关注。

czts有锌黄锡矿、黄锡矿和纤维锌矿三种晶型结构。其中纤维锌矿结构是一种类似纤维锌矿zns的六方晶型结构，是一种亚稳态的结构。纤锌矿czts的分子结构中，s呈六方紧密堆积，形成晶胞结构框架，cu、zn、sn随机分布在阳离子空位。实际上纤锌矿czts可以看成是以纤锌矿zns为晶格骨架，cu、sn按原子个数比2:1，取代3/4的zn演变而来的。因此，纤锌矿czts内部结构呈现多样性，费米能级可调，是一种潜在的半导体光电材料。与二元化合物相比，四元czts包含多种元素，元素种类的增加使其化学成分和结构自由度增加，合成过程中容易出现杂相，因此纯相czts纳米晶的合成一直是研究的重点。czts合成方法主要有微波辐照法、溶剂热法、热分解法和水相合成法。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

材料制备：采用热分解法制备晶型、尺寸可控的cu₂znsns₄量子点，研究反应温度和反应时间对量子点结构形貌的影响，探究量子点的结构形貌与光学性能之间的内在联系，实现量子点尺寸的可控合成，并初步探究和分析了其反应机理。

材料表征：通过xrd、tem等测试方法对产物的结构、形貌、尺寸等进行系统表征；通过uv-vis等测试，分析尺寸等条件对cu₂znsns₄量子点光学性能的影响。

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的理论知识和专业知识。确定方案，完成开题报告。

第3－7周：探讨不同反应条件对量子点形貌、尺寸的影响，制备出多尺寸的cu₂znsns₄量子点。

第8－11周：表征合成的cu₂znsns₄量子点的结构和形貌，探究反应温度和时间对其结构、形貌的影响。

4. 参考文献（12篇以上）

[2] peter w. physics of solar cells: from principles to new concepts[m]. germany: wiley-vch, 2005: 2-6.

[3] 许伟民，何湘鄂，赵红兵等．太阳能电池的原理及种类[j]．发电设备，2011, 2(25):137-140.

[4] 赵阳．液相法制备铜锌锡硫纳米颗粒及其光电性能研究[d]．河南大学，2014.