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多元硫属化合物材料如CuInS2 (CIS)和Cu2ZnSnS4 (CZTS)是目前十分具有研究和应用前景的太阳电池吸收层材料,其纳米结构和薄膜的制备近年来引起人们的关注。特别是利用基于纳米颗粒的墨水法制备相关化合物薄膜乃至太阳电池器件是当前的研究热点。本文的研究重点针对金属及化合物纳米颗粒的制备及墨水法制备相应薄膜。一方面,采用多元醇(主要是一缩二乙二醇(DEG))为溶剂,用简单的前驱体合成CIS和CZTS的纳米颗粒；另一方面,基于合成的化合物纳米颗粒调配相应的墨水,涂覆形成前驱体薄膜,并通过热处理制备稳定的化合物薄膜,同时本文也研究了采用金属合金颗粒作为墨水基材,经过硫化反应制备CZTS薄膜以及具有特殊纳米结构的CIS薄膜。本文取得了如下的创新性成果：(1)用多元醇DEG为溶剂,在不同的络合剂作用下合成了具有不同相组成以及尺寸形貌的CIS纳米结构。发现不添加络合剂“自由生长”的CIS呈现大直径的六角片,为黄铜矿相,而加入三乙醇胺(TEA)后得到了纤锌矿的CIS,加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)得到的都是黄铜矿相CIS,但对CIS的形貌尺寸有很大影响。加入PVP后得到100 nm左右的多面体,加入CTAB后得到直径500 nm左右的花状结构。说明通过加入不同的络合剂,可以得到相组成和形貌可控的CIS纳米结构。(2)将合成的CIS纳米结构应用于颗粒墨水法制备薄膜,得到了黄铜矿相,具有良好的结晶性和光学性能的CIS薄膜。薄膜的致密度和均一性与前驱体薄膜所使用的CIS纳米结构的形貌尺寸有关。尺寸小形状规则的纳米结构利于薄膜的烧结。这也说明调节CIS纳米结构的尺寸形貌具有重要的作用。采用所得到的CIS纳米结构与Ti02纳米棒阵列形成FTO/TiO2/CIS/C及FTO/TiO2/In2S3/CIS/C异质结,在光照下具有明显的光伏效应,转换率0.29%。(3)采用Cu-In合金前驱体在H2S气氛中采用RTP进行硫化,得到了表面具有纳米棒阵列的CIS薄膜,这是首次报导的采用非真空无模板的合成方法合成CIS纳米棒阵列。得到的阵列化CIS薄膜由三层不同的形貌构成,表面是纳米棒阵列,中间为大晶粒形成的致密薄膜,最底层为小晶粒形成的疏松薄膜。阵列化的CIS薄膜其表面的纳米棒具有陷光作用,它的反射率比普通的CIS薄膜小。用这种具有纳米棒阵列的CIS薄膜制备的光电化学电池转换率达到0.34%。在光滑的Si衬底上还得到了具有相似结构的“自支撑”薄膜,这在同类材料的合成中也是首次发现。(4)采用多元醇DEG为溶剂合成CZTS颗粒,发现Zn元素在此条件下的反应速率很慢,反应30 min后所得产物基本为Cu2SnS3,随着反应时间的延长,Zn元素所占的比例逐渐提高。但是很难得到纯相的CZTS。将合成的Cu2SnS3应用于颗粒墨水法与ZnO薄膜结合并硫化烧结制备CZTS薄膜,当适量的Cu2SnS3与ZnO进行反应之后能够得到纯相的CZTS薄膜,但是组成薄膜的晶粒较小,不能够形成理想的致密均匀的薄膜。主要是在硫化过程中化合物间的反应活性较低,难以充分再结晶形成大晶粒。(5)采用Cu-Sn合金与Zn的化合物结合,经过硫化反应制备CZTS薄膜。这是一种新的颗粒墨水法制备CZTS薄膜的途径。系统研究了在多元醇中还原法制备Cu-Sn合金的反应条件,得到了合成所需的合金颗粒的最佳反应参数。得到的合金主要为Cu6Sn5相,颗粒在50-80 nm,呈现规则的球形。将Cu-Sn合金颗粒分别与不同沉积方法制备的ZnO层结合进行硫化烧结反应,发现ZnO层中ZnO的反应活性以及尺寸形貌对最终的CZTS薄膜有非常重要的影响。最后在采用溶胶-凝胶悬涂法生长的ZnO薄膜基础上,得到了表面致密平整,结晶性良好且纯相的CZTS薄膜。用此方法得到的CZTS薄膜与n型Si形成的Si/CZTS异质结在光照下呈现明显的光伏效应。