p-Cu2O-n-ZnO異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的制備及其性能研究.pdf

1、利用低成本的氧化物異質(zhì)結(jié)器件吸收太陽(yáng)能的難點(diǎn)在于吸收效率的提高，究其原因是薄膜結(jié)晶質(zhì)量的好壞和過(guò)渡層質(zhì)量的優(yōu)劣。p-Cu2O/n-ZnO異質(zhì)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的理論效率可達(dá)20％，是極具發(fā)展?jié)摿Φ奶?yáng)能電池，但目前已發(fā)表的研究的最高效率為2%，所以還有很大的提升空間。本文利用射頻磁控濺射手段在FTO襯底上沉積了FTO/ZnO/Cu2O及FTO/Cu2O/ZnO兩種異質(zhì)結(jié)并沉積電極制成器件。利用XRD、SEM、AFM、EDS等分析手段，探究了

2、磁控濺射工藝參數(shù)對(duì)薄膜成分、結(jié)構(gòu)及表面粗糙度的影響。在不同磁控濺射參數(shù)下制備了一系列異質(zhì)結(jié)器件，利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、電化學(xué)工作站等設(shè)備分析不同濺射工藝參數(shù)下制備的系列異質(zhì)結(jié)器件光電性能。本文主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　?。?）鑒于底層薄膜的結(jié)晶質(zhì)量對(duì)異質(zhì)結(jié)薄膜質(zhì)量和器件性能有直接的影響，在濺射生長(zhǎng)FTO/ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)薄膜中，先后優(yōu)化ZnO薄膜和Cu2O薄膜的生長(zhǎng)工藝參數(shù)。利用XRD測(cè)試分析了不同濺射功率、工作氣壓

3、及氧氬比下制備的ZnO薄膜和Cu2O薄膜擇優(yōu)生長(zhǎng)取向。并結(jié)合無(wú)光照條件下異質(zhì)結(jié)薄膜I-V特性分析，給出了制備ZnO薄膜較佳工藝參數(shù)：濺射功率120W，濺射壓強(qiáng)1.5Pa，氧氣流量15sccm，氬氣流量40sccm，濺射時(shí)間30min；Cu2O較佳工藝參數(shù)：濺射功率120W，濺射壓強(qiáng)1.0Pa，氧氣流量1sccm，氬氣流量40sccm，濺射時(shí)間20min。
　?。?）為了研究在FTO襯底上先生長(zhǎng)Cu2O薄膜再生長(zhǎng)ZnO薄膜對(duì)異質(zhì)結(jié)薄

4、膜結(jié)晶質(zhì)量和器件光電性能的影響，試驗(yàn)中濺射生長(zhǎng)了FTO/Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)薄膜和器件。利用XRD測(cè)試分析了不同濺射功率、工作氣壓及氧氬比等工藝參數(shù)下制備的Cu2O薄膜和ZnO薄膜擇優(yōu)生長(zhǎng)取向和結(jié)晶質(zhì)量，并結(jié)合無(wú)光照條件下異質(zhì)結(jié)薄膜I-V特性分析，給出了制備Cu2O薄膜較佳工藝參數(shù)：濺射功率120W，濺射壓強(qiáng)1.5Pa，氧氣流量1sccm，氬氣流量40sccm，濺射時(shí)間20min；ZnO薄膜較佳工藝參數(shù)：濺射功率120W，濺射壓強(qiáng)1.

5、0Pa，氧氣流量10sccm，氬氣流量40sccm，濺射時(shí)間30min。
　?。?）試驗(yàn)中進(jìn)一步細(xì)化研究了氧氬比和襯底溫度對(duì)Cu2O薄膜生長(zhǎng)質(zhì)量的影響。利用XRD、AFM和SEM等測(cè)試分析了薄膜表面形貌和結(jié)晶質(zhì)量，給出了制備Cu2O薄膜最佳氧氬比為：1:40；最佳襯底溫度為：200oC。
　?。?）在石英襯底上分別濺射生長(zhǎng)了Cu2O薄膜和ZnO薄膜，利用霍爾效應(yīng)測(cè)試方法分別測(cè)得Cu2O導(dǎo)體類(lèi)型為p型、載流子濃度為3.92×1