عنوان پایان‌نامه
سنتز ومشخصه یابی لایه نازک نانو ساختار cu۲znsns۴توسط روش سولوترمال الکتروفورتیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65771
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- سعید بهرام زاده
- استاد راهنما
- حسین عبدی زاده
- چکیده
- در این پژوهش، لایه‌های نازک نانو ساختار نیمه‌رسانای چهارجزئی Cu2ZnSnS4 (CZTS) تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفتند. در ابتدا، نانو ذرات CZTS به روش سولوترمال بهینه شده از طریق کنترل بر روی فشار داخلی محفظه و استفاده از همزن در طی انجام فرایند سنتز، تهیه شدند. به این منظور منابع کلریدی مس و قلع به همراه استات روی، سولفور عنصری و حلال تری اِتیلن تترا آمین مورد استفاده قرار گرفتند. تاثیر پارامترهای سنتز شامل دمای واکنش، زمان واکنش، غلظت پیش‌ماده‌ها، حلال مورد استفاده و مقدار پیش‌ماده‌ها بر خواص نانو ذرات مورد بررسی قرار گرفت. نانو ذرات بدست آمده با استفاده از آزمون پراش پرتو ایکس، طیف‌نگاری رامان، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، آنالیز عنصری تفرق پرتو ایکس، آزمون طیف سنجی نفوذی – انعکاسی نور و آنالیز تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز مورد مشخصه‌یابی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده از این بخش نشان داد که نانو ذرات CZTS به طور موفقیت آمیزی سنتز شده‌اند. با تنظیم پارامترهای فرایند سنتز می‌توان کریستالینتی، اندازه، ساختار کریستالی، خلوص و مورفولوژی نانو ذرات CZTS را کنترل نمود. میانگین اندازه‌ی ذرات در محدوده‌ی nm 160-53 بدست آمد. در این مرحله پودر CZTS سنتز شده در دمای oC 240 به مدت یک ساعت در حلال تری اِتیلن تترا آمین، با ساختار کریستالی کسترایتی و اندازه ذره‌ی میانگین nm 64 به عنوان پودر مرجع برای استفاده در فرایند لایه‌نشانی انتخاب گردید. در مرحله‌ی بعد، لایه‌های نازک CZTS با استفاده از سوسپانسیون ذرات سنتز شده به روش سولوترمال، از طریق لایه‌نشانی الکتروفورتیک، ساخته شدند. در این مرحله نیز اثر پارامترهای اندازه‌ی ذرات پودر استفاده شده، محیط لایه‌نشانی الکتروفورتیک، مقدار پایدارکننده‌ی آلی، غلظت نانو ذرات، ولتاژ اعمالی بر حسب فاصله‌ی بین دو الکترود و زمان فرایند لایه‌نشانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از این مرحله نیز نشان داد که ذرات پودری با غلظت g/L 20 در محیط متانول به همراه پایدارکننده‌ی آلی تری اِتیلن تترا آمین، میدان الکتریکی اعمالی V/cm 120 و مدت زمان لایه‌نشانی 15 دقیقه، برای تولید لایه‌های نازک CZTS، با ضخامتی در حدود ?m 4 و ضریب جذبی بین cm-1 104 × 37/1 - 104 × 24/1 در محدوده‌ی نور مرئی، مقادیری بهینه
- Abstract
- A low-cost non-vacuum process of solvothermal synthesis and electrophoretic deposition process were used for fabrication of quaternary semiconductor Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films. In this research, firstly, the CZTS nanoparticles were synthesized via a modified solvothermal method by using a controllable internal pressure and a stirring system during the process. Subsequently, the CZTS thin films were synthesized via electrophoretic method using presynthesized CZTS nanoparticles. For this purpose, copper and tin chlorides, zinc acetate dehydrate, and sulfur powders were dissolved in triethylenetetramine as a solvent in a specific autoclave. Effects of various synthesis conditions such as synthesis temperature and time, concentration of metal precursors, and type of solvent on the properties of CZTS nanoparticles were investigated. Characterization of the samples indicated that CZTS compound was successfully synthesized. Results showed that one could control the properties of nanoparticles like crystallinity, crystal structure, purity, and particles sizes and even their shapes by proper adjustment of synthesis process parameters. Likewise, in the thin film deposition, effects of electrophoretic process parameters such as suspension medium, amount of organic stabilizer, concentration of CZTS nanoparticles, applied electrical field, and deposition time on the crystal structure, morphology, and optical properties of the prepared CZTS thin films were investigated. It was found that the sample prepared with concentration of 20 g/L of CZTS nanoparticles in the solution of methanol: TETA with volume ratio of 500:1, applied electrical field of 120 V/cm, and 15 min of deposition time was suitable for preparing CZTS thin films with appropriate thickness and high optical absorption of more than 104 cm-1. Keywords: Semiconductor; CZTS; Solvothermal; Nanoparticle; Thin Film; Electrophoretic.
