p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備及其光電性能的研究

【摘要】：當(dāng)前,大量化石能源的消費給世界帶來了日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染和生態(tài)破壞,促使人們開發(fā)無污染、可再生的清潔能源。其中,太陽能由于存在普遍性、儲量巨大、無污染等優(yōu)點,受到越來越多的關(guān)注。把太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池引起了人們極大的興趣。目前,在太陽能電池產(chǎn)業(yè)中,硅太陽能電池以其優(yōu)異的性能,成熟的制作工藝,已經(jīng)開始了大批量產(chǎn)業(yè)化。但是,受到硅材料的價格和復(fù)雜的制作工藝的制約,硅太陽能電池的成本居高不下,嚴(yán)重影響太陽能電池的發(fā)展。因而尋求和發(fā)展新型的太陽能電池材料是解決目前所面臨問題的一個可行途徑。本文以氧化亞銅／氧化鋅(Cu2O/ZnO)這種典型的p-n異質(zhì)結(jié)太陽能電池為研究對象,研究了氧化亞銅的制備工藝對p-Cu2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)電池性能的影響。研究內(nèi)容如下： (1)以Au為催化劑,利用熱蒸發(fā)法在摻鋁氧化鋅(AZO)透明導(dǎo)電薄膜上生長大面積,高密度的ZnO納米結(jié)構(gòu)。研究了襯底在不同的退火溫度下,對ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌和發(fā)光性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,在未退火和300℃退火的襯底上生長了大量的ZnO納米棒,而在500℃和700℃退火的襯底上沉積了大量的ZnO納米顆粒。單晶結(jié)構(gòu)的納米棒的平均直徑大致分別為50nm和80nm,同時在納米棒的頂端有一直徑約2nm的Au顆粒,表明ZnO納米結(jié)構(gòu)生長機制為VLS生長機制。熒光光譜顯示所有的樣品都存在紫外發(fā)光峰和深能級發(fā)射帶,隨著退火溫度的升高,生長的納米結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光峰相對強度增強,而深能級發(fā)射強度減弱。 (2)利用磁控濺射和兩電極電化學(xué)沉積法分別制備n-ZnO薄膜和p-型Cu20薄膜,并構(gòu)建了p-Cu2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池。研究了不同沉積電壓對Cu20結(jié)晶程度、表面形貌、光學(xué)性能以及異質(zhì)結(jié)太陽能電池性能的影響。結(jié)果表明,隨著沉積電壓的升高,Cu20薄膜(111)面強度逐漸增強,當(dāng)沉積電壓為1.00V時,薄膜的結(jié)晶性能最好,繼續(xù)升高電壓,Cu20薄膜沿(200)方向擇優(yōu)生長。p-Cu2O/n-ZnO薄膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池均表現(xiàn)出良好的二極管特性；當(dāng)沉積電壓為1.00V時,p-Cu2O/n-ZnO薄膜異質(zhì)結(jié)電池具有最高的光電轉(zhuǎn)換效率。 (3)以醋酸銅,乳酸的堿性溶液為電解液,以ZnO/AZO薄膜為工作電極,石墨片為輔助電極,恒電位電沉積Cu20薄膜,并成功構(gòu)建了p-Cu2O/n-ZnO薄膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池。研究了沉積時間對Cu20結(jié)晶程度、表面形貌、光學(xué)性能以及p-Cu2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池性能的影響,獲得了制備p-Cu2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的初步優(yōu)化工藝條件。實驗表明,當(dāng)Cu20的沉積時間為120mmin時,Cu20薄膜(111)衍射峰強度最大,薄膜結(jié)晶性能最好,所制備的p-Cu2O/n-ZnO薄膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有最高的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：ZnO Cu_2O薄膜 納米結(jié)構(gòu) 電沉積 異質(zhì)結(jié)太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-6
• 中文文摘6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 太陽能電池基本原理10-13
• 1.2.1 p-n結(jié)原理10-11
• 1.2.2 太陽能電池等效電路11-13
• 1.3 太陽能電池的發(fā)展歷程13-14
• 1.4 太陽能電池新型材料的研究14-19
• 1.4.1 ZnO15-18
• 1.4.2 Cu_2O18-19
• 1.5 本論文的研究內(nèi)容19-22
• 第二章 襯底退火溫度對ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌和發(fā)光特性的影響22-32
• 2.1 研究背景22-23
• 2.2 ZnO納米結(jié)構(gòu)的合成23-24
• 2.2.1 制各AZO薄膜23
• 2.2.2 沉積Au薄膜23
• 2.2.3 襯底的退火處理23
• 2.2.4 ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長23-24
• 2.3 樣品表征與特性測量24-30
• 2.3.1 襯底的表面形貌24-25
• 2.3.2 樣品的晶體結(jié)構(gòu)25-26
• 2.3.3 ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)26-29
• 2.3.4 ZnO納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第三章 氧化亞銅沉積電壓對p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的影響32-42
• 3.1 研究背景32-33
• 3.2 p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備33-34
• 3.2.1 AZO薄膜的制備33
• 3.2.2 ZnO薄膜的制備33
• 3.2.3 p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備33-34
• 3.2.4 樣品表征與特性測量34
• 3.3 p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的表征與性能測試34-40
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)分析35-36
• 3.3.2 光學(xué)性質(zhì)36-38
• 3.3.3 太陽能電池性能測試38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 第四章 氧化亞銅沉積時間對p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的影響42-52
• 4.1 研究背景42
• 4.2 p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備42-44
• 4.2.1 ZnO/AZO襯底制備43
• 4.2.2 p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備43
• 4.2.3 樣品測試與性能表征43-44
• 4.3 p-Cu_2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽能電池的表征與性能測試44-50
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)分析44-45
• 4.3.2 形貌分析45-46
• 4.3.3 光學(xué)性質(zhì)46-47
• 4.3.4 太陽能電池性能測試47-50
• 4.4 章小結(jié)50-52
• 第五章 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-64
• 攻讀學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果64-66
• 致謝66-70

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