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Cu2ZnSnS4(CZTS)是低成本太阳能电池应用最有希望的候选者之一。然而,目前报告的非掺杂纯硫族化物Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池的最高功率转换效率(PCE)仅为8.4%,远低于CZTS薄膜太阳能电池的理想效率(32.2%)。这主要是因为CZTS材料本身的一些缺陷(次生相ZnS、Cu2+和Zn2+的反占位缺陷、短的载流子寿命等等)制约着CZTS薄膜太阳能电池效率的提高,研究者发现阳离子部分取代CZTS能够减少材料缺陷提高电池效率。同时,理论和实验研究表明CZTS拥有三种不同的晶体结构——锌黄锡矿相结构(kesterite,K型),黄锡矿相结构(stannite,S型)和纤锌矿相结构(wurtzite,纤锌矿相),新兴的亚稳态密排六方结构的纤锌矿相CZTS具有与众不同的密排六方结构、更高的载流子浓度、更低的电阻率、强烈的光吸收和适宜的能带(1.4-1.6eV),在染料敏化电池等方面有广阔的应用前景,然而纤锌矿相CZTS比传统的热稳定的锌黄锡矿相CZTS和黄锡矿相CZTS更难以合成。因此,本文主要研究三个问题:有效的合成纯净的锌黄锡矿CZTS粉体;实现选择性的合成锌黄锡矿和纤锌矿CZTS纳米晶;合成Fe取代CZTS纳米晶实现可控的锌黄锡矿相结构,黄锡矿相结构和纤锌矿相结构转变。主要结果如下:1.使用热注入法成功合成了 CZTS晶体。XRD和Ramna研究表明使用热注入法合成CZTS晶体的适宜反应条件为:注射温度250℃,保温1小时。该CZTS颗粒在可见光区表现出强的光学吸收和适宜的光学带隙1.35 eV。SEM分析发现热注入法合成的CZTS晶体成不规则的形状,同时团聚现象十分明显,分散性很差,个别晶体存在异常长大的情况。改进的热注入法在注射温度为210℃时成功合成了纯净的锌黄锡矿相CZTS晶体。同时改进热注入法合成得到的CZTS晶体基本上呈球形,相比热注入法形貌有了很大的改善。2.使用逐步加热法合成CZTS纳米晶时,维持第一步加热反应时间(30min)相同的情况下,随着第一步加热反应温度的升高,CZTS纳米晶由锌黄锡矿结构向纤锌矿结构转化。XRD和Raman测试表明逐步加热法最适宜的合成纤锌矿CZTS纳米晶的反应条件是:第一步加热反应温度为180℃,时间为1h,第二步加热反应温度为250℃,反应时间30min。紫外可见光谱分析了合成的纤锌矿CZTS纳米晶的光学性能,样品在可见光下表现出强烈的光吸收性能和适宜的光学带隙(1.51 eV)。研究了所得到的纤锌矿CZTS纳米晶的形成机理。首次研究发现在实验中合成纤锌矿相CZTS是首先形成非晶的CZTS颗粒(第一步加热反应),然后非晶的颗粒在高温下结晶形成纤锌矿相CZTS纳米晶体(第二步加热反应)。3.使用逐步加热方法在空气条件下成功地制备了 Cu2FexZn1-xSnS4(x = 0～0.1和0.2～1)纳米颗粒。首先,研究了 CFZTS(x = 0～0.1)纳米晶体随着Fe含量的增加从纤锌矿相到锌黄锡矿相的结构相变。然后,研究了 CFZTS(x = 0.2～1)纳米晶体从锌黄锡矿到黄锡矿相的结构相变,发现从锌黄锡矿到黄锡矿相的确切相转变点为x = 0.6。最后,通过紫外-可见光谱研究了 CFZTS的光学性能。发现添加Fe能够有效提高CZTS的光学性能。所获得的CFZTS纳米颗粒显示出强劲的光吸收能力,并表现出在从1.5eV到1.1eV的带隙能量的范围内,不同Fe含量掺杂具有调节CFZTS带隙的能力。