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Ⅰ2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4族的铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4,简称CZTS)半导体由于吸收系数高,禁带宽度为1.5eV,接近单结太阳能电池的理想最佳带隙值,成本低且不含有毒元素,被认为是继锑化镉和铜铟镓硒半导体之后又一适合作为薄膜太阳能电池吸收层的材料,因此开展CZTS半导体材料的研究具有重要的学术意义和应用价值。本文采用微波合成技术,以氯化锌、氯化亚锡、氯化铜和硫脲作为反应物,以乙二醇为溶剂,制备了Cu2ZnSnS4粉末。重点研究了合成温度和反应时间对CZTS粉末的结构和形貌的影响规律。其研究结果总结如下合成温度对CZTS粉末的结构和形貌有很大的影响。当温度低于160℃时,合成的产物中除CZTS外还含有CuS、ZnS、Cu2SnS3等杂相,而且产物是微米棒和球形颗粒的混合物。当温度在170℃-200℃范围内,合成的产物是纯相CZTS粉末。产物全部是由类球形颗粒组成的,而且当温度从170-C增加到200℃时,颗粒的直径也从1.5¨m减少到300nm,每个颗粒又是由许多尺寸约5-10nm左右的纳米晶组成的。反应时间对于CZTS粉末的结构和形貌影响不大。只要反应时间大于10min,所合成CZTS粉末就都是由类球形颗粒组成,且具有单一锌黄锡矿结构。合成CZTS粉末的最佳温度范围170-C-200℃。反应时间至少为10min。在研究CZTS粉末合成工艺的基础上,本文采用微波合成技术直接在透明导电玻璃衬底上制备CZTS半导体薄膜。系统地研究了前驱反应溶液的浓度,ZnCl2的浓度,CS(NH2)2的浓度,活性剂PVP的添加量,微波合成的温度和反应时间等工艺参数对CZTS薄膜的结构,表面形貌和光学性能的影响规律,并对微波合成技术制备CZTS半导体纳米晶薄膜的生长机理进行了初步的分析。研究结果总结如下：(1)微波合成技术在FTO衬底上合成的CZTS薄膜具有纯相的锌黄锡矿结构,不含有ZnS, CuS, SnS, Cu2SnS3等杂相。CZTS薄膜是由大量直径在400nm-900nm的类球形颗粒组成的。每个类球形颗粒内包含许多尺寸为6nm-13nm的纳米晶,所以被称为CZTS纳米晶薄膜。所制备的薄膜对波长为400nm-900nm的光有较强的吸收,其禁带宽度Eg为1.27eV-1.54eV,适合做太阳能电池的吸收层。(2)采用微波合成技术,可以直接在FTO衬底上生长FTO薄膜,而在无FTO的玻璃上没有生长CZTS薄膜,表明FTO的导电性,表面粗糙度以及FTO与CZTS的晶格相似性有利于CZTS的成核与成长。(3)通过对制备CZTS薄膜的各种工艺条件的系统研究,得到微波合成技术制备CZTS薄膜的最佳工艺条件为：CuCl2·2H2O的浓度为0.08M, ZnCl2·H2O的浓度为0.08M, SnCl2·2H2O的浓度为0.04M, NH2CSNH2的浓度为0.22M,微波合成温度为190℃,反应时间至少为90min,在100m1的反应前驱液中,活性剂PVP的添加量为1.28g。(4)基于实验观察和实验结果分析,CZTS薄膜的生长机理可以分为三个阶段。首先,在配制反应前驱液的搅拌过程中,Cu2+, Zn2+, Sn2+与硫脲发生络合反应生成[Cu(Tu)n(H2O)x]2+, [Zn(Tu)n(H2O)x]2+和[Sn(Tu)n(H2O)x]4+络合物。其次在微波能量的作用下,[Cu(Tu)n(H2O)x]2+, [Zn(Tu)n(H2O)x]2+和[Sn(Tu)n(H2O)x]4+;络合物分解为Cu2-xS, ZnS和SnS。Cu2-xS被FTO衬底吸附,它成为核心并与ZnS, SnS反应生成CZTS核。最后CZTS核通过Ostwald熟化生长为CZTS颗粒,在FTO衬底上生长成CZTS薄膜。