氧化亚铜薄膜的电化学沉积及其光电性能研究

【摘要】面对石化能源的逐渐枯竭和人类生态系统的日益恶化，需要改变全球的能源消费结构，从传统能源逐渐转向可再生能源。降低成本和提高光电转化效率是太阳能电池面临的两大难题，寻找廉价、稳定性好、具有良好光伏特性的新型太阳能电池材料是开发低成本太阳能电池的有效方法。Cu2O是直接禁带半导体，具有原材料丰富、成本低、无毒无污染和理论光电转化效率高等特性，在新型薄膜太阳能电池光吸收层中具有良好的实际应用价值。近年来，半导体材料的光电化学性能（PEC）成为人们的研究热点，如何提高半导体材料的光电化学性能成为众多科研工作者的研究目标。本论文采用恒电位电化学沉积的方法制备Cu2O薄膜，利用XRD、FESEM、UV-Vis对其晶体结晶性能、表面形貌和光谱性能进行表征，通过Mott-Schottky曲线和瞬态光电流响应图谱对其光电化学性能进行分析，主要工作如下：1.三电极电化学池中，以ITO透明导电玻璃作工作电极，在硫酸铜-乳酸钠体系中用恒电位电化学法制备Cu2O薄膜。通过调节沉积溶液的pH值控制溶液中Cu+/O2-，由于氧化亚铜不同晶面氧原子密度不同，氧化亚铜薄膜从（100）晶面择优生长转变为（111）晶面择优生长，薄膜的形貌依次呈现四面金字塔、三棱柱、三面金字塔的转变。pH值的提高增加电解质溶液中自由粒子数，提高溶液的电导率，降低浓差极化，获得的颗粒结晶性能更好。2.对氧化亚铜薄膜进行后续热处理，降低缺陷浓度，改善晶体的结构性能。3.研究不同pH值下沉积的Cu2O薄膜和热处理前后Cu2O薄膜的紫外-可见光透射光谱，发现沉积溶液的pH值和热处理对Cu2O薄膜光学性能影响不大，计算得到接近的禁带宽度。4.通过电容-电压法测试Cu2O薄膜的Mott-Schottky曲线，分析得出沉积溶液的pH值和热处理不改变Cu2O薄膜的导电类型，均表现p型特性。随着pH值的增加和热处理温度的提高，改善晶体结晶性能，缺陷减少，载流子浓度增加。随着载流子浓度的增加，Cu2O薄膜的平带电位相应向正移动。5.分析Cu2O薄膜的瞬态光电流响应特性，发现Cu2O薄膜在光照的条件下迅速产生阴极光电流，具有良好的光电转化特性。随着pH值的增加和热处理温度的增加，晶体结晶性能提高，缺陷减少，光生载流子的复合减少，载流子浓度增加，导致Cu2O薄膜的光电化学性能提高。
【作者】杨静静；
【导师】王龙成；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】Cu2O薄膜；电化学沉积；pH值；热处理；光电化学性能；

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