氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的構(gòu)筑、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與光伏性能研究

【摘要】：世界性的能源危機(jī)和環(huán)境污染促進(jìn)了太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。盡管硅基太陽(yáng)能電池以其優(yōu)異的性能已經(jīng)開(kāi)始了大批量產(chǎn)業(yè)化，但因較高的發(fā)電成本，仍需要政府的額外補(bǔ)貼才能推廣利用。充分利用納米材料的新特性和納米技術(shù)，尋找和發(fā)展新型的太陽(yáng)能電池是解決現(xiàn)有太陽(yáng)能電池性能和成本矛盾的一個(gè)可能途徑。利用原料豐富、環(huán)境友好的無(wú)機(jī)氧化物納米材料來(lái)構(gòu)筑廉價(jià)的新型太陽(yáng)能電池，預(yù)期可以克服傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的高成本問(wèn)題。 本文以氧化鋅/氧化亞銅(ZnO/Cu_2O)兩種典型的n/p半導(dǎo)體為研究對(duì)象，采用操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的低成本電化學(xué)沉積方法，通過(guò)合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，成功制備了多種ZnO和Cu_2O納米結(jié)構(gòu)，并組裝成不同結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，進(jìn)而對(duì)其光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下： 1.利用電化學(xué)沉積技術(shù)，獲得了致密的ZnO薄膜和高晶體質(zhì)量的ZnO納米棒，通過(guò)化學(xué)腐蝕方法制備了管壁極薄的ZnO納米管；進(jìn)而構(gòu)筑了ZnO/Cu_2O薄膜型、納米棒/薄膜型及納米管/薄膜型異質(zhì)結(jié)電池，研究了太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換性能與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 2.通過(guò)調(diào)節(jié)電化學(xué)沉積參數(shù)，獲得了形貌可控的ZnO納米棒，闡明了納米棒形貌、透射/反射光學(xué)性質(zhì)對(duì)ZnO納米棒/Cu_2O薄膜型太陽(yáng)能電池性能的影響。 3.通過(guò)電化學(xué)沉積技術(shù)，獲得了n型Cu_2O薄膜，并且實(shí)現(xiàn)了n型Cu_2O薄膜取向的可控生長(zhǎng)，進(jìn)而構(gòu)筑了晶體生長(zhǎng)取向一致的Cu_2O同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，揭示了Cu_2O生長(zhǎng)取向、界面態(tài)密度和太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。 4.制備了具有金字塔形狀織構(gòu)表面的p型Cu_2O薄膜，通過(guò)控制Cu_2O表面形貌來(lái)增加光程，并提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換性能。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能電池 納米結(jié)構(gòu) 氧化物半導(dǎo)體 電化學(xué)沉積
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 太陽(yáng)能電池概述11-15
• 1.1.1 開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的重要意義11-12
• 1.1.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程及世界光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況12-14
• 1.1.3 太陽(yáng)能電池國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題14-15
• 1.2 納米技術(shù)與納米結(jié)構(gòu)光伏材料概述15-17
• 1.2.1 納米技術(shù)15-16
• 1.2.2 納米結(jié)構(gòu)光伏材料16-17
• 1.3 ZnO 和 Cu_2O 的基本性質(zhì)及在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用17-22
• 1.3.1 ZnO 和 Cu_2O 的基本性質(zhì)17-18
• 1.3.2 ZnO 和 Cu_2O 的制備方法18-21
• 1.3.3 ZnO 和 Cu_2O 在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究進(jìn)展21-22
• 1.4 本論文的主要研究?jī)?nèi)容22-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分25-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器設(shè)備25-26
• 2.2 材料制備26-27
• 2.2.1 電化學(xué)沉積系統(tǒng)26-27
• 2.2.2 ZnO 和 Cu_2O 納米材料的制備27
• 2.3 表征方法27-33
• 2.3.1 X 射線衍射（XRD）27-28
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）28-29
• 2.3.3 吸收光譜（ABS）29
• 2.3.4 光致發(fā)光測(cè)試系統(tǒng)（PL）29-30
• 2.3.5 太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)30-33
• 第三章 三種 ZnO/Cu_2O 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的構(gòu)筑與性能研究33-47
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)34-36
• 3.2.1 ZnO 薄膜、納米棒和納米管的制備34
• 3.2.2 ZnO/Cu_2O 異質(zhì)結(jié)的制備及太陽(yáng)能電池的組裝34-35
• 3.2.3 材料表征與電池性能測(cè)試35-36
• 3.3 結(jié)果與討論36-45
• 3.3.1 ZnO、Cu_2O 結(jié)構(gòu)和形貌的表征分析36-38
• 3.3.2 ZnO/Cu_2O 異質(zhì)結(jié)微觀結(jié)構(gòu)和成分分析38-39
• 3.3.3 室溫光致發(fā)光譜分析39-41
• 3.3.4 吸收光譜分析41-42
• 3.3.5 異質(zhì)結(jié)暗態(tài)下的 I-V 特性分析42-43
• 3.3.6 PN 結(jié)對(duì) ZnO/Cu_2O 太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換性能分析43-45
• 3.4 小結(jié)45-47
• 第四章 納米棒長(zhǎng)度對(duì) ZnO 納米棒/Cu_2O 薄膜異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池光伏性能的影響47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)47-49
• 4.2.1 ZnO 納米棒的制備47-48
• 4.2.2 ZnO/Cu_2O 異質(zhì)結(jié)生長(zhǎng)及電池組裝48-49
• 4.2.3 材料表征與電池性能測(cè)試49
• 4.3 結(jié)果與討論49-55
• 4.3.1 ZnO 納米棒結(jié)構(gòu)的表征分析49-50
• 4.3.2 沉積時(shí)間對(duì) ZnO 納米棒形貌的影響50-52
• 4.3.3 納米棒長(zhǎng)度對(duì) ZnO 光學(xué)性質(zhì)的影響52-54
• 4.3.4 納米棒長(zhǎng)度對(duì) ZnO/Cu_2O 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換性能的影響54-55
• 4.4 小結(jié)55-57
• 第五章 Cu_2O 同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池構(gòu)筑與性能研究57-69
• 5.1 引言57-59
• 5.2 實(shí)驗(yàn)59-60
• 5.2.1 Cu_2O 薄膜的生長(zhǎng)59
• 5.2.2 Cu_2O 同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池組裝59-60
• 5.2.3 材料表征與電池性能測(cè)試60
• 5.3 結(jié)果與討論60-68
• 5.3.1 p 型 Cu_2O 結(jié)構(gòu)和形貌的表征分析60-61
• 5.3.2 n 型 Cu_2O 結(jié)構(gòu)和形貌的表征分析61-64
• 5.3.3 Cu_2O 同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池性能分析測(cè)試64-67
• 5.3.4 薄膜生長(zhǎng)取向?qū)μ?yáng)能電池性能的影響67
• 5.3.5 表面微觀結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響67-68
• 5.5 小結(jié)68-69
• 第六章 全文總結(jié)與展望69-71
• 6.1 總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-81
• 致謝81-83
• 附錄83-84

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