Cu_2O/ZnO三維結(jié)構(gòu)太陽能電池的組裝與性能

【摘要】：能源與環(huán)境問題日益嚴峻，太陽能電池面臨提高轉(zhuǎn)化效率和降低成本兩大難題。尋找廉價、環(huán)境穩(wěn)定性高、具有良好光伏效應的新型太陽能電池材料成為開發(fā)低成本太陽能電池的有效途徑。氧化亞銅(Cu_2O)作為一種古老的半導體材料，重新受到人們的重視，它是一種p型直接帶隙半導體材料，禁帶寬度為2.0-2.2eV，無毒、制備成本低，吸收系數(shù)102-106cm-1，理論效率20%。在電極材料，催化領域，電子器件和氣敏元件等方面具有重要的應用。本論文通過電化學沉積方法制備Cu_2O薄膜及組裝Cu_2O/ZnO三維異質(zhì)結(jié)，分析各沉積參數(shù)對薄膜及異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及性能的影響，找出制約Cu_2O/ZnO三維異質(zhì)結(jié)電池性能的主要原因。 本論文采用電化學沉積法在溶液pH為9.0、11.5、12.0條件下分別制備出了(100)、(110)、(111)擇優(yōu)取向的Cu_2O致密膜，研究了pH、溫度、電壓對薄膜結(jié)構(gòu)及性能的影響。采用XRD、SEM和Uv-Vis表征了薄膜的相組成、表面形貌，以及透過率和禁帶寬度，通過測試電容-電壓，表征了Cu_2O薄膜的平帶電位和載流子濃度等半導體性能。由于Cu_2O各晶面的原子排列不同且CH3(OH)COO-根在不同pH下對各晶面的穩(wěn)定作用不同，Cu_2O薄膜的晶粒取向隨溶液pH的增加向著Cu原子多的晶面生長；Cu_2O薄膜的生長屬于熱活化過程，溫度升高有利于晶粒長大；當沉積溫度為60℃，pH為11.50時，薄膜具有較高的吸光度，載流子濃度高達7.7×1018cm-3。 在pH=11.50的沉積溶液中組裝了ZnO納米棒高度為4μm的Cu_2O/ZnO三維異質(zhì)結(jié)，研究了沉積溫度及電壓對異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及性能的影響。低溫高電位下沉積的種子層可以避免ZnO納米棒的腐蝕，保證高溫低沉積電壓下Cu_2O從下而上致密化填充ZnO納米棒陣列。高的沉積電位堵塞ZnO納米棒陣列頂部開口無法致密化填充。致密化填充的Cu_2O/ZnO三維異質(zhì)結(jié)具有較好的電接觸和較大的正向電流密度，但由于增大了異質(zhì)結(jié)的界面面積和晶界，產(chǎn)生大量的界面態(tài)，導致電池效率僅為0.08%。未來可以通過熱處理提高Cu_2O種子層的結(jié)晶質(zhì)量，改變Cu_2O沉積溶液參數(shù)來控制其生長行為，增加晶粒尺寸，減少晶界來提高異質(zhì)結(jié)效率。 【關鍵詞】：Cu_2O 電化學沉積 ZnO 三維異質(zhì)結(jié)
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 Cu_2O 結(jié)構(gòu)及制備工藝12-15
• 1.2.1 Cu_2O 的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)12-13
• 1.2.2 Cu_2O 的制備方法13-15
• 1.3 Cu_2O 基電池15-21
• 1.3.1 Cu_2O 肖特基結(jié)電池15-16
• 1.3.2 Cu_2O/ZnO 基異質(zhì)結(jié)電池16-21
• 1.4 課題的提出及研究內(nèi)容21-23
• 第二章 實驗方案設計與研究方法23-29
• 2.1 試驗所用原料與設備23-25
• 2.1.1 試驗原料23
• 2.1.2 試驗設備23-25
• 2.2 方案設計及實驗過程25-27
• 2.2.1 方案設計25
• 2.2.2 實驗過程25-27
• 2.3 測試與表征27-29
• 第三章 Cu_2O 薄膜的制備及性能表征29-51
• 3.1 Cu_2O 沉積溶液的配制29-30
• 3.1.1 絡合劑的選擇29
• 3.1.2 沉積溶液的 pH 范圍29-30
• 3.2 半導體/電解質(zhì)溶液的界面能級結(jié)構(gòu)30-31
• 3.3 Cu_2O 薄膜的沉積過程31
• 3.4 pH 對 Cu_2O 薄膜的影響31-45
• 3.4.1 pH 對 Cu_2O 薄膜取向的影響31-34
• 3.4.2 pH 對薄膜沉積速率的影響34-37
• 3.4.3 不同取向的 Cu_2O 薄膜的光學性能37-39
• 3.4.4 不同取向 Cu_2O 薄膜的電學性質(zhì)39-45
• 3.5 沉積溫度和電壓對 Cu_2O 薄膜的影響45-49
• 3.5.1 沉積溫度對 Cu_2O 薄膜的影響45-47
• 3.5.2 沉積電位對 Cu_2O 薄膜的影響47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第四章 Cu_2O/ZnO 三維結(jié)構(gòu)太陽能電池的組裝與性能51-67
• 4.1 Cu_2O/ZnO 三維異質(zhì)結(jié)的組裝51-54
• 4.1.1 Cu_2O/ZnO 三維異質(zhì)結(jié)的組裝原理分析51-52
• 4.1.2 Cu_2O/ZnO 三維異質(zhì)結(jié)的組裝工藝52-54
• 4.2 溫度及電壓對 Cu_2O/ZnO 三維異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及性能的影響54-66
• 4.2.1.溫度對 Cu_2O/ZnO 三維異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及性能的影響54-56
• 4.2.2. 電壓對 Cu_2O/ZnO 三維異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及性能的影響56-66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-69
• 參考文獻69-76
• 致謝76-77
• 附錄77

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