p-cu_2on-zno异质结太阳能电池的制备及其性能研究

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1、硕士学位论文p-Cu2O/n-ZnO异质结太阳能电池的制备及其性能研究PREPARATIONANDPERFORMANCESTUDYOFCUPROUSOXIDEANDZINCOXIDEHETROJUNCTIONSOLARCELL孙浩哈尔滨工业大学2016年7月国内图书分类号：TM23学校代码：10213国际图书分类号：31密级：公开工学硕士学位论文p-Cu2O/n-ZnO异质结太阳能电池的制备及其性能研究硕士研究生：孙浩导师：国凤云教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2016年7月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM23U.D.C:31DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDPERFORMANCESTUDYOFCUPROUSOXIDEANDZINCOXIDEHETROJUNCTIONSOLARCELLCandidate：SunHaoSupervisor：Prof.GuoFengyunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Material

3、sScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：July,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要利用低成本的氧化物异质结器件吸收太阳能的难点在于吸收效率的提高，究其原因是薄膜结晶质量的好坏和过渡层质量的优劣。p-Cu2O/n-ZnO异质结构太阳能电池的理论效率可达20%，是极具发展潜力的太

4、阳能电池，但目前已发表的研究的最高效率为2%，所以还有很大的提升空间。本文利用射频磁控溅射手段在FTO衬底上沉积了FTO/ZnO/Cu2O及FTO/Cu2O/ZnO两种异质结并沉积电极制成器件。利用XRD、SEM、AFM、EDS等分析手段，探究了磁控溅射工艺参数对薄膜成分、结构及表面粗糙度的影响。在不同磁控溅射参数下制备了一系列异质结器件，利用紫外可见分光光度计、电化学工作站等设备分析不同溅射工艺参数下制备的系列异质结器件光电性能。本文主要研究内容和实验结果如下：（1）鉴于底层薄膜的结晶质量对异质结薄膜质量和器件性能有直接的影

5、响，在溅射生长FTO/ZnO/Cu2O异质结薄膜中，先后优化ZnO薄膜和Cu2O薄膜的生长工艺参数。利用XRD测试分析了不同溅射功率、工作气压及氧氩比下制备的ZnO薄膜和Cu2O薄膜择优生长取向。并结合无光照条件下异质结薄膜I-V特性分析，给出了制备ZnO薄膜较佳工艺参数：溅射功率120W，溅射压强1.5Pa，氧气流量15sccm，氩气流量40sccm，溅射时间30min；Cu2O较佳工艺参数：溅射功率120W，溅射压强1.0Pa，氧气流量1sccm，氩气流量40sccm，溅射时间20min。（2）为了研究在FTO衬底上先生长

6、Cu2O薄膜再生长ZnO薄膜对异质结薄膜结晶质量和器件光电性能的影响，试验中溅射生长了FTO/Cu2O/ZnO异质结薄膜和器件。利用XRD测试分析了不同溅射功率、工作气压及氧氩比等工艺参数下制备的Cu2O薄膜和ZnO薄膜择优生长取向和结晶质量，并结合无光照条件下异质结薄膜I-V特性分析，给出了制备Cu2O薄膜较佳工艺参数：溅射功率120W，溅射压强1.5Pa，氧气流量1sccm，氩气流量40sccm，溅射时间20min；ZnO薄膜较佳工艺参数：溅射功率120W，溅射压强1.0Pa，氧气流量10sccm，氩气流量40sccm，溅

7、射时间30min。（3）试验中进一步细化研究了氧氩比和衬底温度对Cu2O薄膜生长质量的影响。利用XRD、AFM和SEM等测试分析了薄膜表面形貌和结晶质量，给出了制备oCu2O薄膜最佳氧氩比为：1:40；最佳衬底温度为：200C。（4）在石英衬底上分别溅射生长了Cu2O薄膜和ZnO薄膜，利用霍尔效应测试15-3方法分别测得Cu2O导体类型为p型、载流子浓度为3.92×10cm，ZnO薄膜的导电20-3类型为n型、载流子浓度为2.68×10cm。（5）利用在优化工艺参数下生长的p-Cu2O/n-ZnO异质结薄膜制作成太阳能电-I-

8、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文池器件。采用紫外-可见分光光度计和电化学工作站测试了器件的光谱吸收范围和光电流特性，分析给出了开路电压Voc=0.28V，短路电流Isc=2.10mA，光电转换效率=0.28%。填充因子FF=48.1%。关键词：射频磁控溅射；氧化亚铜薄膜；Cu