n型氧化亚铜薄膜的制备、掺杂及性能研究

发布时间：2017-08-04 18:31

  本文关键词：n型氧化亚铜薄膜的制备、掺杂及性能研究

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【摘要】：从20世纪七十年代开始,国内外很多研究学者就因为氧化亚铜的直接能带结构,高效,价格便宜及丰富的原材料等诸多优点而对氧化亚铜作了很多研究。磁控溅射法,高温氧化法以及阳极氧化法制备出来的氧化亚铜均为p型的,至今没有很好的办法制备得到n型氧化亚铜薄膜。由于氧化亚铜薄膜异质结太阳能电池的转换效率都比较低,至今所报导的具有最高光电转化效率的氧化亚铜基太阳能电池仅为n型氧化锌/p型氧化亚铜电池效率仅为5%。因此,通过有效控制氧化亚铜的导电类型,提高氧化亚铜薄膜的光电性能并在此基础上再制备出氧化亚铜同质结的太阳能电池是提高转换效率的有效途径之一。本论文采用三电极体系电化学沉积法制备n型氧化亚铜薄膜并对其进行了掺杂处理。利用XRD,FESEM,UV-Vis对制备得到的氧化亚铜薄膜的晶体结构,表面形貌,禁带宽度进行了表征。此外,通过电容-电压和瞬态光电流响应测试对其光电性能进行了分析。具体工作如下：1.采用三电极体系电化学沉积法,以ITO透明导电玻璃作为工作电极,在硫酸铜-乳酸溶液体系中,确定了当电解液的pH为8.5,9,10时可以制备得到n型氧化亚铜薄膜。另外,研究了沉积温度与退火温度对n型氧化亚铜薄膜的晶体结构及光电性能的影响。研究结果表明,沉积温度的升高有利于氧化亚铜晶体的生长,退火温度的升高能够改善氧化亚铜薄膜的光电性能。当沉积温度为60℃,退火温度为400℃时,晶体生长良好,光电性能最好。2.在上述基础上,通过对氧化亚铜薄膜进行Al2+,Zn2+,Cd2+,NO3-,CO2+,Cl"掺杂以改善其光电性能。利用瞬态光电流响应和电容-电压法分析掺杂离子对氧化亚铜薄膜的导电类型,光电流密度,载流子浓度的影响,并对其原因进行探究。实验结果表明：上述离子掺杂不会改变氧化亚铜薄膜的导电类型,但是会提高氧化亚铜薄膜的载流子浓度及光电流密度。其中,掺杂130mM Zn2+的氧化亚铜薄膜的光电性能最好：光电流密度为0.1mA/cm2,载流子浓度为3.54x1019 cm-3,分别比未掺杂的提高了近11倍和9倍。3.着重研究了掺杂不同浓度Zn2+对氧化亚铜薄膜组织结构与光电性能的影响。电感耦合分析结果表明：Zn2+已经成功地掺入氧化亚铜薄膜中。并且Zn2+的掺入会将氧化亚铜薄膜的禁带宽度由2.2eV降低至1.8eV。此外,Zn2+的掺杂会大幅提高氧化亚铜薄膜的光电流密度和载流子浓度,当Zn2+的掺杂量为160mM时,达到最大值,分别为0.13mA/cm2和4×1019m-3。
【关键词】：电化学沉积 n型氧化亚铜薄膜 掺杂 光电性能
【学位授予单位】：景德镇陶瓷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 文献综述8-16
• 1.1 前言8-9
• 1.2 太阳能电池的简介9-10
• 1.3 氧化亚铜的简介10-14
• 1.3.1 氧化亚铜的基本性质10-11
• 1.3.2 氧化亚铜薄膜的制备方法11-14
• 1.3.3 氧化亚铜在太阳能电池的应用14
• 1.4 提高氧化亚铜薄膜光电性能的方法14-15
• 1.5 本论文主要研究内容15-16
• 第二章 实验部分16-24
• 2.1 实验主要试剂与仪器16-17
• 2.1.1 实验所用的主要试剂16
• 2.1.2 实验所用的主要仪器16-17
• 2.2 Cu_2O薄膜的制备17-19
• 2.2.1 制备方法17
• 2.2.2 实验过程17-19
• 2.3 氧化亚铜薄膜的表征19-20
• 2.3.1 X射线衍射仪(XRD)19
• 2.3.2 场发射扫描电子显微镜(SEM)19-20
• 2.3.3 电感耦合等离子体光谱分析(ICP)20
• 2.3.4 紫外可见光透射光谱仪计(UV-Vis)20
• 2.4 氧化亚铜薄膜的性能测试20-24
• 2.4.1 瞬态光电流响应测试(I-T)21-22
• 2.4.2 电容-电压测试(C-V)22-24
• 第三章 n型氧化亚铜薄膜的制备及性能研究24-35
• 3.1 引言24
• 3.2 实验过程24
• 3.3 电沉积Cu_2O原理分析24-25
• 3.5 实验结果与讨论25-34
• 3.5.1 pH的影响25-30
• 3.5.2 温度的影响30-32
• 3.5.3 退火的影响32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 离子掺杂氧化亚铜薄膜的性能研究35-50
• 4.1 引言35
• 4.2 实验过程35
• 4.3 实验结果与讨论35-48
• 4.3.1 Li_2(SO_4)掺杂对Cu_2O薄膜的影响35-37
• 4.3.2 CuCl_2掺杂对Cu_2O薄膜的影响37-40
• 4.3.3 ZnSO_4掺杂对Cu_2O薄膜的影响40-41
• 4.3.4 CdSO_4掺杂对Cu_2O薄膜的影响41-43
• 4.3.5 Cu(NO_3)_2掺杂对Cu_2O薄膜的影响43-45
• 4.3.6 COSO_4掺杂对Cu_2O薄膜的影响45-47
• 4.3.7 Al_2(SO_4)_3掺杂对Cu_2O薄膜的影响47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 ZnSO_4掺杂氧化亚铜薄膜的性能研究50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 实验过程50
• 4.3 实验结果与讨论50-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第六章 结论与展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-64

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本文编号：621082