光伏材料氧化亚铜的制备及性能研究

【摘要】：能源是社会发展的动力，一直以来化石燃料能源都与人类的生活息息相关。众所周知，化石燃料对环境造成的污染使人类的生存环境越来越恶化，而且化石燃料作为不可再生能源，无法满足人类长期可持续发展的需要。作为取之不尽，用之不竭的绿色能源，太阳能的开发利用是解决目前能源短缺和改善环境最有效的方法之一。可以制备太阳能电池的材料有很多种，但都有其自身的缺点，比如高纯硅，生产成本很高，污染也很高；铜铟镓硒材料中铟和硒都是稀有元素；硫化镉、碲化镉有剧毒，对环境的危害很大，所以开发新的太阳能电池材料势在必行。作为氧化物半导体，氧化亚铜具有原材料丰富，理论转换效率高和直接的能带结构等优点，成为比较有潜力的太阳能电池材料。 本文采用电化学方法在三电极电化学池中沉积了氧化亚铜薄膜，实验中采用控制pH的方法控制氧化亚铜的导电类型，用后续的常规热处理方法优化氧化亚铜薄膜的结晶效果，并对所得的样品进行了光学及电学的测试与分析。得到的主要结论如下： 1.通过改变电化学沉积溶液的pH值，对氧化亚铜薄膜的表面形貌和晶体取向成功的进行了控制，解释了控制的机理； 2.确定了在pH值为7.5以下时氧化亚铜薄膜的晶体表面形貌呈四面金字塔型， pH值为10.0左右时氧化亚铜薄膜晶体的表面形貌呈三棱柱型；pH值为12.0左右时氧化亚铜薄膜的晶体为三面金字塔型的表面形貌；并确定了氧化亚铜薄膜具有直接能带结构，禁带宽度为2.06eV。 3. pH值为7.5以下时氧化亚铜薄膜为n型半导体；通过比较相同pH值下经过200°C，250°C，300°C，350°C，400°C热处理前后的XRD图片的可知，随着热处理温度的升高，晶体取向性增强，晶体质量变好，电学性能增强。说明热处理温度对晶体质量的影响不可忽视。 【关键词】：氧化亚铜薄膜 pH值 热处理 太阳能电池
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O614.121
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1. 发展太阳能的意义10-11
• 1.2. 光伏产业的历史与现状[2]11-12
• 1.3. 光伏产业的发展前景12-13
• 1.4. 太阳能电池的基本原理及结构13-14
• 1.5. 太阳能电池材料的发展状况14-15
• 1.6. 氧化亚铜的研究综述15-20
• 1.6.1. 氧化亚铜的基本性质15-16
• 1.6.2. 氧化亚铜的制备方法16-17
• 1.6.3. 氧化亚铜的研究现状17-19
• 1.6.4. Cu2O 薄膜的应用19-20
• 1.7. 学位论文主要研究内容20
• 1.8. 研究目标20-21
• 第二章 实验与测试分析21-30
• 2.1. 实验方法—电化学沉积法21-22
• 2.2. 电化学沉积溶液的配制22
• 2.3. Cu2O 薄膜的制备22
• 2.4. Cu2O 薄膜的常规热处理22-23
• 2.5. Cu2O 薄膜的测试与分析23-30
• 2.5.1. 线性伏安扫描 (LSV：linear scan voltammetry)23-24
• 2.5.2. XRD 测试24-25
• 2.5.2.1. 仪器介绍24
• 2.5.2.2. XRD 工作原理24-25
• 2.5.3. SEM 测试25-26
• 2.5.3.1. 仪器介绍25-26
• 2.5.3.2. 工作原理26
• 2.5.4. UV-Vis 透射光谱测试26-28
• 2.5.4.1. 仪器介绍26-27
• 2.5.4.2. 工作原理27
• 2.5.4.3. 禁带宽度的计算27-28
• 2.5.5. 电容-电压测试28-30
• 第三章 氧化亚铜薄膜的电化学法制备与性能测试30-44
• 3.1. 引言30
• 3.2. 实验制备条件30-31
• 3.2.1. 沉积电压-线性伏安扫描30-31
• 3.2.2. 测试分析31
• 3.3. 实验结果与讨论31-43
• 3.3.1. 沉积原理31-32
• 3.3.2. 各种沉积条件对氧化亚铜薄膜性能的影响32-43
• 3.3.2.1. 不同衬底对沉积氧化亚铜薄膜性能的影响32-35
• 3.3.2.2. 氧化亚铜薄膜的光学性能35-37
• 3.3.2.3 溶液的 pH 值对氧化亚铜结构性能的影响37-39
• 3.3.2.4. 沉积溶液的 pH 值对氧化亚铜薄膜形貌的影响39-41
• 3.3.2.5. 沉积溶液的 pH 值对氧化亚铜薄膜晶体形貌影响的机理41-43
• 3.4. 总结43-44
• 第四章 n 型氧化亚铜薄膜的制备及热处理44-53
• 4.1. 引言44
• 4.2. n 型氧化亚铜薄膜的制备及热处理对其电学性能的影响44-47
• 4.3. 不同热处理温度对 n 型氧化亚铜薄膜的载流子浓度和平带电压的影响47-49
• 4.4. 热处理温度对 n 型氧化亚铜薄膜结构性能的影响49-50
• 4.5. 热处理温度对不同 PH 下沉积的 n 型氧化亚铜薄膜晶体形貌的影响50-52
• 4.6. 小结52-53
• 第五章 结论与展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况58

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