本文關(guān)鍵詞：n型氧化亞銅薄膜的制備、摻雜及性能研究

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【摘要】：從20世紀七十年代開始,國內(nèi)外很多研究學者就因為氧化亞銅的直接能帶結(jié)構(gòu),高效,價格便宜及豐富的原材料等諸多優(yōu)點而對氧化亞銅作了很多研究。磁控濺射法,高溫氧化法以及陽極氧化法制備出來的氧化亞銅均為p型的,至今沒有很好的辦法制備得到n型氧化亞銅薄膜。由于氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率都比較低,至今所報導的具有最高光電轉(zhuǎn)化效率的氧化亞銅基太陽能電池僅為n型氧化鋅/p型氧化亞銅電池效率僅為5%。因此,通過有效控制氧化亞銅的導電類型,提高氧化亞銅薄膜的光電性能并在此基礎(chǔ)上再制備出氧化亞銅同質(zhì)結(jié)的太陽能電池是提高轉(zhuǎn)換效率的有效途徑之一。本論文采用三電極體系電化學沉積法制備n型氧化亞銅薄膜并對其進行了摻雜處理。利用XRD,FESEM,UV-Vis對制備得到的氧化亞銅薄膜的晶體結(jié)構(gòu),表面形貌,禁帶寬度進行了表征。此外,通過電容-電壓和瞬態(tài)光電流響應(yīng)測試對其光電性能進行了分析。具體工作如下：1.采用三電極體系電化學沉積法,以ITO透明導電玻璃作為工作電極,在硫酸銅-乳酸溶液體系中,確定了當電解液的pH為8.5,9,10時可以制備得到n型氧化亞銅薄膜。另外,研究了沉積溫度與退火溫度對n型氧化亞銅薄膜的晶體結(jié)構(gòu)及光電性能的影響。研究結(jié)果表明,沉積溫度的升高有利于氧化亞銅晶體的生長,退火溫度的升高能夠改善氧化亞銅薄膜的光電性能。當沉積溫度為60℃,退火溫度為400℃時,晶體生長良好,光電性能最好。2.在上述基礎(chǔ)上,通過對氧化亞銅薄膜進行Al2+,Zn2+,Cd2+,NO3-,CO2+,Cl"摻雜以改善其光電性能。利用瞬態(tài)光電流響應(yīng)和電容-電壓法分析摻雜離子對氧化亞銅薄膜的導電類型,光電流密度,載流子濃度的影響,并對其原因進行探究。實驗結(jié)果表明：上述離子摻雜不會改變氧化亞銅薄膜的導電類型,但是會提高氧化亞銅薄膜的載流子濃度及光電流密度。其中,摻雜130mM Zn2+的氧化亞銅薄膜的光電性能最好：光電流密度為0.1mA/cm2,載流子濃度為3.54x1019 cm-3,分別比未摻雜的提高了近11倍和9倍。3.著重研究了摻雜不同濃度Zn2+對氧化亞銅薄膜組織結(jié)構(gòu)與光電性能的影響。電感耦合分析結(jié)果表明：Zn2+已經(jīng)成功地摻入氧化亞銅薄膜中。并且Zn2+的摻入會將氧化亞銅薄膜的禁帶寬度由2.2eV降低至1.8eV。此外,Zn2+的摻雜會大幅提高氧化亞銅薄膜的光電流密度和載流子濃度,當Zn2+的摻雜量為160mM時,達到最大值,分別為0.13mA/cm2和4×1019m-3。
【關(guān)鍵詞】：電化學沉積 n型氧化亞銅薄膜 摻雜 光電性能
【學位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 文獻綜述8-16
• 1.1 前言8-9
• 1.2 太陽能電池的簡介9-10
• 1.3 氧化亞銅的簡介10-14
• 1.3.1 氧化亞銅的基本性質(zhì)10-11
• 1.3.2 氧化亞銅薄膜的制備方法11-14
• 1.3.3 氧化亞銅在太陽能電池的應(yīng)用14
• 1.4 提高氧化亞銅薄膜光電性能的方法14-15
• 1.5 本論文主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 實驗部分16-24
• 2.1 實驗主要試劑與儀器16-17
• 2.1.1 實驗所用的主要試劑16
• 2.1.2 實驗所用的主要儀器16-17
• 2.2 Cu_2O薄膜的制備17-19
• 2.2.1 制備方法17
• 2.2.2 實驗過程17-19
• 2.3 氧化亞銅薄膜的表征19-20
• 2.3.1 X射線衍射儀(XRD)19
• 2.3.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)19-20
• 2.3.3 電感耦合等離子體光譜分析(ICP)20
• 2.3.4 紫外可見光透射光譜儀計(UV-Vis)20
• 2.4 氧化亞銅薄膜的性能測試20-24
• 2.4.1 瞬態(tài)光電流響應(yīng)測試(I-T)21-22
• 2.4.2 電容-電壓測試(C-V)22-24
• 第三章 n型氧化亞銅薄膜的制備及性能研究24-35
• 3.1 引言24
• 3.2 實驗過程24
• 3.3 電沉積Cu_2O原理分析24-25
• 3.5 實驗結(jié)果與討論25-34
• 3.5.1 pH的影響25-30
• 3.5.2 溫度的影響30-32
• 3.5.3 退火的影響32-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 第四章 離子摻雜氧化亞銅薄膜的性能研究35-50
• 4.1 引言35
• 4.2 實驗過程35
• 4.3 實驗結(jié)果與討論35-48
• 4.3.1 Li_2(SO_4)摻雜對Cu_2O薄膜的影響35-37
• 4.3.2 CuCl_2摻雜對Cu_2O薄膜的影響37-40
• 4.3.3 ZnSO_4摻雜對Cu_2O薄膜的影響40-41
• 4.3.4 CdSO_4摻雜對Cu_2O薄膜的影響41-43
• 4.3.5 Cu(NO_3)_2摻雜對Cu_2O薄膜的影響43-45
• 4.3.6 COSO_4摻雜對Cu_2O薄膜的影響45-47
• 4.3.7 Al_2(SO_4)_3摻雜對Cu_2O薄膜的影響47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第五章 ZnSO_4摻雜氧化亞銅薄膜的性能研究50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 實驗過程50
• 4.3 實驗結(jié)果與討論50-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第六章 結(jié)論與展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-64

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