支國(guó)偉　史翠花　楊露　劉季錦花

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，能源問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)峻，CuSbS2作為一種具有高吸光系數(shù)、理想光學(xué)帶隙和性質(zhì)穩(wěn)定的光電材料，在薄膜太陽(yáng)能電池和光催化方面有廣闊的應(yīng)用前景。本論文采用水熱合成法制備CuSbS2納米顆粒，研究不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)CuSbS2性能的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為32h時(shí)所得到的納米顆粒為正交晶系硫銅銻礦結(jié)構(gòu)CuSbS2，為四方棒狀結(jié)構(gòu)，其帶隙為1.37eV。

關(guān)鍵詞：水熱合成法;CuSbS2納米顆粒;反應(yīng)時(shí)間

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.121

1 引言

二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著商品經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源問(wèn)題日益凸顯，可再生且分布廣泛的太陽(yáng)能成為新能源使用的首選。通過(guò)太陽(yáng)能電池和光催化劑可以良好的利用太陽(yáng)能。其中，CuSbS2納米顆粒其帶隙約為1.5eV，同時(shí)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)光吸收系數(shù)較大（>104cm-1）[1]，在太陽(yáng)能電池和光催化劑中有良好的應(yīng)用，成為了近年來(lái)研究的新寵。

目前，CuSbS2薄膜太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到了3.1%[2]。Pal M等人通過(guò)加入乙二胺溶劑與水進(jìn)行混合作為反應(yīng)介質(zhì)，所得到的CuSbS2晶體形貌為四方狀結(jié)構(gòu)且穩(wěn)定，是正交晶相，幾乎無(wú)雜相。在120℃溶液（V乙二胺：V水=4：1）內(nèi)反應(yīng)12h所制得的CuSbS2晶體結(jié)晶性最好，理論光電轉(zhuǎn)換效率23%。本文采用水熱合成法制備CuSbS2納米顆粒。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 CuSbS2納米顆粒的制備

以硝酸銅、氯化銻、硫脲分別作為銅源、銻源以及硫源，配制前驅(qū)體溶液。置于水熱反應(yīng)釜中，在鼓風(fēng)干燥箱中加熱至180℃，反應(yīng)20-32h，制備出納米顆粒。

2.2 性能及表征

使用X-射線衍射儀（XRD）分析樣品的物相結(jié)構(gòu)。采用掃描電鏡（SEM）分析所制備薄膜的表面形貌。使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-vis）測(cè)試納米顆粒的光學(xué)性能。

3 結(jié)果與討論

3.1 物相結(jié)構(gòu)

圖1為不同反應(yīng)溫度的CuSbS2納米顆粒的XRD圖譜。從圖1中可以看出，在反應(yīng)時(shí)間為20h～32h均有CuSbS2納米顆粒的衍射峰，在2θ=28.43°、28.73°、34.30°出現(xiàn)CuSbS2的衍射峰，對(duì)應(yīng)于正交晶系硫銅銻礦結(jié)構(gòu)CuSbS2（JCPDS44-1417）的（111）、（410）、（501）晶面，同時(shí)存在大量的Sb2S3雜相，但是，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，Sb2S3雜相衍射峰減弱，雜相減少。

3.2 微觀形貌

圖2是不同反應(yīng)時(shí)間CuSbS2的SEM照片。從圖2（a）可以看出反應(yīng)時(shí)間為20h時(shí)，納米顆粒為長(zhǎng)片狀顆粒，同時(shí)表面有許多小顆粒。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為24h時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)長(zhǎng)四方棒狀顆粒，表面也有較多的小顆粒。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為28h時(shí)，出現(xiàn)了不規(guī)則狀的顆粒和少量的小四方棒狀顆粒以及小顆粒物質(zhì)附在顆粒表面。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為32h時(shí)，出現(xiàn)了四方棒狀顆粒，但是表面有許多的小顆粒狀物質(zhì)。

3.3 光學(xué)性能分析

圖3（a）是CuSbS2納米顆粒的吸收光譜。反應(yīng)時(shí)間為20h的CuSbS2納米顆粒在波長(zhǎng)為900nm出吸光度上升，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，CuSbS2納米顆粒在波長(zhǎng)為900nm處吸光度迅速下降。圖3（b）是CuSbS2納米顆粒的光學(xué)帶隙圖，可以算出反應(yīng)時(shí)間為20h、24h、28h、32h的光學(xué)帶隙分別為1.31eV、1.33eV、1.34eV、1.37eV，這與文獻(xiàn)中報(bào)道的1.5eV相差很大，說(shuō)明存在雜相。帶隙的變大，也說(shuō)明了隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，CuSbS2納米顆粒中的雜相減少。

4 結(jié)論

通過(guò)水熱合成法制備正交晶系硫銅銻礦結(jié)構(gòu)CuSbS2納米顆粒，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，顆粒中的雜相減少，形貌隨反應(yīng)時(shí)間而有了很大變化。其中反應(yīng)時(shí)間為32h的CuSbS2納米顆粒雜相最少，光學(xué)帶隙為1.37eV。

參考文獻(xiàn)：

[1]舒博.CuSbS2晶制備及其光電性能研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2016.

[2]Choi Y C，Yeom E J，Ahn T K，et al.CuSbS2-sensitized inorganic-organic heterojunction solar cells fabricated using a metal-thiourea complex solution[J].Angewandte Chemie，2015，127（13）：4077-4081.

[3]Pal M，Luna Y T，González R S，et al.Phase controlled synthesis of CuSbS2 nanostructures： Effect of reaction conditions on phase purity and morphology[J].Materials & Design，2017，136（15）：165-173.

基金項(xiàng)目：感謝江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練重點(diǎn)項(xiàng)目（201813573014Z）支持本論文的研究。

作者簡(jiǎn)介：支國(guó)偉（1998-），男，山西大同人，本科在讀，主要從事薄膜太陽(yáng)能電池的研究。