1.研究背景

由于独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。^[1] 纳米材料具有的诸如体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，使得它们在电、磁、光等方面呈现常规材料不具备的特性。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。^[2] 为了应对日益严重的能源危机，迫切需求对高效和低成本太阳能电池的研究，并具有重要意义。在许多不同类型的太阳能电池中，由于其高功率转换效率（20.3％）和良好的稳定性，CuIn_xGa_1-xSeyS_1-y（CIGSS）薄膜太阳能电池已经引起了极大的关注。然而，铟和镓的稀缺作为CIGSS薄膜太阳能电池大规模生产的障碍。多年来，科学家一直在努力寻找一种硫族化物，它只由地球丰富的元素组成，并保持与CIGSS相似的结构。理论计算表明，四面体配位铜原子的存在是展示硫族化物吸收剂的良好光伏特性的关键特征。因此，包括Cu₂ZnSnS₄（CZTS）和Cu₂FeSnS₄（CFTS）的一类四元硫族化物由于与CIGSS具有类似的晶体结构且有大量丰富的组成而受到更多的关注。^[3]在考虑可再生能源时，四元硫族化物如Cu₂ZnSnS₄，Cu₂FeSnS₄（CFTS）和其他相关的化合物是非常有意义的。因为在自然界中有丰富的诸如Cu，Fe，Sn和S元素，所以CFTS是环境友好的，且制造便宜的新型纳米材料。^[4]

2.研究进展

半导体纳米晶体近年来已经被着重研究，因为它们与它们的体对应物相比具有独特的物理和光学性质。它们在各种各样的光电子器件如太阳能电池，发光二极管，单电子晶体管，生物标记和相位匹配非线性激光器件中表现出优异的性能。^[5] 由Bernardini等人对锡石Cu₂FeSnS₄的合成类似物进行磁化测量，以便表征反铁磁跃迁低温。^[6]Cu₂ZnSnS₄（CZTS）纳米颗粒可以潜在地用作染料敏化太阳能电池（DSSC）中的对电极（CE），因为其具有优异的电催化活性，低内电阻，良好的载流子传输和低成本。^[7]Cu₂FeSnS₄也被认为是可能的光伏材料，因为Cu₂FeSnS₄（锡石）和Cu₂ZnSnS₄（锌黄锡矿）的结构是紧密相关的。天然存在的矿物锡钠矿Cu₂FeSnS₄（CFTS）可以是一种可行的替代物，只要其显示出必需的光学和传输特性。对大量材料的许多研究已经确立了阳离子的价态为Cu（I），Fe（II）和Sn（IV）。并且也已经相当详细地研究了锡石 - 锌黄锡矿伪二元系统和半导体CFTS的磁性能的相位关系。然而，CFTS的光学性质仍然很大程度上未开发。^[8]已经证明出了使用几种普通前体制造胶体Cu₂FeSnS₄纳米晶体的柔性化学方法。XRD，TEM和SEM测量表明具有四面体配位结构的Cu₂FeSnS₄纳米晶体的高结晶质量。组成比接近2：1：1：4，并且通过吸收光谱确定Cu₂FeSnS₄纳米晶体的带隙约为1.33eV，这表明可能用作光伏材料。^[5]

半导体过渡金属硫族化物因其优异的物理化学性质和在光学装置，生物成像，光催化剂，气体传感器和太阳能电池中的各种应用而受到越来越多的关注。^[8] 目前，已经通过热注入法合成了均匀，良好分散的四方晶体Cu₂FeSnS₄纳米晶体。其结构由SAED，HRTEM，XRD和拉曼证实。详细的表征结果证明了其合适的光学带隙为1.28#177;0.02eV，显著且稳定的光电化学响应表明它们在太阳能电池中的应用潜力。也通过溶液法合成了CFTS纳米晶体，其结构形貌分别是具有1.54#177;0.04和1.46#177;0.03eV带隙的扁圆球体和三角形板的形状，作为薄膜太阳能电池的低成本替代物显示出有吸引力。^[9]现今，使用无毒水性前体的喷雾热解随后硫化产生的Cu₂FeSnS₄（CFTS）薄膜是最新的合成方法。通过拉曼光谱和X射线衍射技术证实了CFTS相形成。这些膜的霍尔测量显示具有良好的电荷载流子密度和迁移率的P型导电性，适用于太阳能收集器件。^[10]

3.研究方法--CFTS纳米晶体的制备方法

虽然四元I₂-II-IV-VI₄硫族化物半导体具有巨大的潜在应用，但由于其合成化学性能差，其研究远远落后。第二元I₂-II-IV-VI₄化合物传统上通过能量密集和超高真空技术以高成本生产。因此，当前的研究集中于开发用于合成高品质四元半导体的湿化学方法。

3.1热注入法