Cu2O/ZnO/ITO薄膜的制备及其光伏性能研究

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在能源日益紧缺的当下,研究开发新能源已刻不容缓,太阳能因其众多优点,在新能源领域越来越受到重视,针对太阳能电池的研究与利用也在紧锣密鼓地开展着。而寻找高稳定性和高光电转换效率的新型太阳能电池是太阳能电池研发中重要的研究方面。目前关于太阳能电池的研究很多,太阳能电池的种类也多式多样,但制备工艺复杂,稳定性差等问题依旧很难得到解决,此外在生产过程中对环境造成的污染也限制了其发展。Cu2O/ZnO/ITO异质结太阳能电池是当下热门的一种太阳能电池,Cu2O/ZnO/ITO异质结太阳能电池由 n型ZnO半导体(室温下带隙为3.3 eV)与廉价的 p型半导体材料(1.9-2.2eV) ZnO薄膜复合而成,理论转换效率可达20%,具有无毒,制备成本低廉,原料储量丰富等特点。本文通过电沉积方法以及化学方法制备ZnO薄膜、Cu2O薄膜及 Cu2O/ZnO/ITO复合薄膜,并对其形貌、结构、吸收特性、光电转换效率进行了研究,主要工作如下:  (1)采用电化学沉积法制备ZnO薄膜、ZnO纳米棒阵列以及ZnO纳米管阵列。研究了利用电化学沉积法制备ZnO薄膜过程中各种反应条件对薄膜沉积的影响。研究表明,溶液温度、电流密度、溶液浓度以及添加剂等反应条件对沉积均有重要影响。  (2)分别对三种不同形貌的ZnO薄膜进行光电性能测试,并分析三种对电池光电效率的影响,结果表明:平整且致密度良好的ZnO纳米棒薄膜光电性能最好。  (3)分别采用电化学沉积法和SILAR法制备Cu2O薄膜,并研究相关工艺参数对Cu2O薄膜制备的影响,研究表明:SILAR法制得的Cu2O纳米薄膜表面不平整,薄膜厚度不均。而电化学沉积法得到的Cu2O纳米薄膜表面平整,厚度均匀,致密度良好,且随着电沉积条件的变化,Cu2O薄膜的晶粒大小、择优取向、透光性也会发生变化。  (4)采用电化学沉积方法制备Cu2O/ZnO/ITO p-i-n异质结,并研究该异质结的光电学特性,得到异质结的光电转换的相关参数为:Voc=0.377V,JSC=3.778mA/cm2, FF=0.544,Eff=0.38%。在能带结构基础上分析其电荷输运机制。
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