CuO纳米材料的制备及薄膜光伏特性研究

【摘要】随着化石燃料和不可再生能源的日益减少及其对环境造成的污染日渐显现,全球对干净、无公害、可再生型能源的需求量进一步加大。纳米光伏器件以其独特的优势逐渐成为研究的热点。为了能够制造出低成本、高转化效率的纳米光伏器件,近年来人们一直在探索新型太阳能电池纳米材料,以提高光电转换效率,降低生产成本。金属氧化物半导体CuO纳米材料因其具有特殊的性质具有在光电器件领域的应用前景和商业价值。CuO的禁带宽度在1.2eV-1.9eV之间,是天然的p型半导体材料,并且与太阳能光谱的极大值非常匹配,理论上具有高的光电转换效率；无毒,对环境无污染；地球上Cu资源丰富,价格便宜；制备工艺比较简单。而在SOI基片上制备光电纳米器件能够与微电子CMOS工艺兼容,并且能够实现OEIC单片集成等诸多优点,因此在SOI基片上制备CuO纳米线具有非常重要的实际意义。论文主要主要内容有：1.采用铜膜生长法和热处理法相结合在SOl基片上制备了形貌为蒲草状CuO纳米线；SEM结果表明纳米线直径约为80-100nm,长度约为10μm；HRTEM结果表明纳米线的晶面间距为0.23nm;XRD结果表明CuO纳米线的XRD谱线与标准CuO纳米线的谱线(JCPDS05-0661)很好地匹配且晶向结构吻合；对生成针尖状Cu(OH)2前驱体纳米线的生长机理进行了研究。3.对电解液浓度、电沉积时间、反应电压、热退火温度进行适当的调整,采用电化学沉积法和热退火相结合成功制备了CuO纳米线、纳米带,以及首次成功合成了纳米鱼鳞片结构。SEM结果表明,纳米材料大面积生长,结构均匀；XRD结果表明CuO纳米线结晶性良好,产物单一,除了金属铜的衍射峰外再无其它杂质峰出现。对所制备的太阳能电池进行了光电特性测试,包括太阳能电池光谱分析、霍尔效应测试、Ⅰ-Ⅴ特性测试。结果表明所制备的异质结太阳能电池具有整流特性,填充因子FF≈23%,转换效率η=0.96%。4.采用水热合成法在铜片上制备了不同形貌的CuO纳米结构(纳米稻草、纳米球、纳米蜂窝状),并对产物的形成机制进行了研究。SEM测试结果表明产物生长密度大,CuO纳米稻草是从底端开始生长,导致底端粗,顶端细的结构,长度在25-40μm之间,顶端的直径在100-250nm之间,底端的直径在400-600nm之间；XRD和HRTEM测试结果表明CuO纳米稻草纯度高,结晶性好。
【作者】常敬先；
【导师】李海蓉；
【作者基本信息】兰州大学，集成电路工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】SOI基；铜膜生长法；热处理；电化学沉积法；磁控溅射法；太阳能电池；水热合成；

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