p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的制备及其光电性能的研究

【摘要】：当前,大量化石能源的消费给世界带来了日益严峻的环境污染和生态破坏,促使人们开发无污染、可再生的清洁能源。其中,太阳能由于存在普遍性、储量巨大、无污染等优点,受到越来越多的关注。把太阳能直接转换成电能的太阳能电池引起了人们极大的兴趣。目前,在太阳能电池产业中,硅太阳能电池以其优异的性能,成熟的制作工艺,已经开始了大批量产业化。但是,受到硅材料的价格和复杂的制作工艺的制约,硅太阳能电池的成本居高不下,严重影响太阳能电池的发展。因而寻求和发展新型的太阳能电池材料是解决目前所面临问题的一个可行途径。本文以氧化亚铜／氧化锌(Cu2O/ZnO)这种典型的p-n异质结太阳能电池为研究对象,研究了氧化亚铜的制备工艺对p-Cu2O/n-ZnO异质结电池性能的影响。研究内容如下： (1)以Au为催化剂,利用热蒸发法在掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜上生长大面积,高密度的ZnO纳米结构。研究了衬底在不同的退火温度下,对ZnO纳米结构的形貌和发光性质的影响。结果表明,在未退火和300℃退火的衬底上生长了大量的ZnO纳米棒,而在500℃和700℃退火的衬底上沉积了大量的ZnO纳米颗粒。单晶结构的纳米棒的平均直径大致分别为50nm和80nm,同时在纳米棒的顶端有一直径约2nm的Au颗粒,表明ZnO纳米结构生长机制为VLS生长机制。荧光光谱显示所有的样品都存在紫外发光峰和深能级发射带,随着退火温度的升高,生长的纳米结构的紫外发光峰相对强度增强,而深能级发射强度减弱。 (2)利用磁控溅射和两电极电化学沉积法分别制备n-ZnO薄膜和p-型Cu20薄膜,并构建了p-Cu2O/n-ZnO异质结太阳能电池。研究了不同沉积电压对Cu20结晶程度、表面形貌、光学性能以及异质结太阳能电池性能的影响。结果表明,随着沉积电压的升高,Cu20薄膜(111)面强度逐渐增强,当沉积电压为1.00V时,薄膜的结晶性能最好,继续升高电压,Cu20薄膜沿(200)方向择优生长。p-Cu2O/n-ZnO薄膜异质结太阳能电池均表现出良好的二极管特性；当沉积电压为1.00V时,p-Cu2O/n-ZnO薄膜异质结电池具有最高的光电转换效率。 (3)以醋酸铜,乳酸的碱性溶液为电解液,以ZnO/AZO薄膜为工作电极,石墨片为辅助电极,恒电位电沉积Cu20薄膜,并成功构建了p-Cu2O/n-ZnO薄膜异质结太阳能电池。研究了沉积时间对Cu20结晶程度、表面形貌、光学性能以及p-Cu2O/n-ZnO异质结太阳能电池性能的影响,获得了制备p-Cu2O/n-ZnO异质结太阳能电池的初步优化工艺条件。实验表明,当Cu20的沉积时间为120mmin时,Cu20薄膜(111)衍射峰强度最大,薄膜结晶性能最好,所制备的p-Cu2O/n-ZnO薄膜异质结太阳能电池具有最高的光电转换效率。 【关键词】：ZnO Cu_2O薄膜 纳米结构 电沉积 异质结太阳能电池
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-6
• 中文文摘6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能电池基本原理10-13
• 1.2.1 p-n结原理10-11
• 1.2.2 太阳能电池等效电路11-13
• 1.3 太阳能电池的发展历程13-14
• 1.4 太阳能电池新型材料的研究14-19
• 1.4.1 ZnO15-18
• 1.4.2 Cu_2O18-19
• 1.5 本论文的研究内容19-22
• 第二章 衬底退火温度对ZnO纳米结构形貌和发光特性的影响22-32
• 2.1 研究背景22-23
• 2.2 ZnO纳米结构的合成23-24
• 2.2.1 制各AZO薄膜23
• 2.2.2 沉积Au薄膜23
• 2.2.3 衬底的退火处理23
• 2.2.4 ZnO纳米结构的生长23-24
• 2.3 样品表征与特性测量24-30
• 2.3.1 衬底的表面形貌24-25
• 2.3.2 样品的晶体结构25-26
• 2.3.3 ZnO纳米结构的形貌和内部结构26-29
• 2.3.4 ZnO纳米结构的光学性质29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 氧化亚铜沉积电压对p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的影响32-42
• 3.1 研究背景32-33
• 3.2 p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的制备33-34
• 3.2.1 AZO薄膜的制备33
• 3.2.2 ZnO薄膜的制备33
• 3.2.3 p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的制备33-34
• 3.2.4 样品表征与特性测量34
• 3.3 p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的表征与性能测试34-40
• 3.3.1 结构分析35-36
• 3.3.2 光学性质36-38
• 3.3.3 太阳能电池性能测试38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 氧化亚铜沉积时间对p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的影响42-52
• 4.1 研究背景42
• 4.2 p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的制备42-44
• 4.2.1 ZnO/AZO衬底制备43
• 4.2.2 p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的制备43
• 4.2.3 样品测试与性能表征43-44
• 4.3 p-Cu_2O/n-ZnO异质结太阳能电池的表征与性能测试44-50
• 4.3.1 结构分析44-45
• 4.3.2 形貌分析45-46
• 4.3.3 光学性质46-47
• 4.3.4 太阳能电池性能测试47-50
• 4.4 章小结50-52
• 第五章 结论52-54
• 参考文献54-64
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果64-66
• 致谢66-70

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