《不同zno／cu2o异质结电池的光伏性能》

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1、第35卷第2期太阳能学报V01．35．No．22014年2月ACTAENERGIAES0LARISSINICAFeb．，2014文章编号：025441096(2014)02-0237-05不同ZnO／Cu20异质结电池的光伏性能刘畅，自敏2，曹丙强2(1．山东省实验中学，济南250000；2济南大学材料科学与工程学院，济南250022)摘要：采用电化学沉积法，分别制备薄膜／薄膜型(薄膜型)和薄膜／纳米线型(复合型)Cu：O／ZnO异质结太阳电池，并通过光吸收谱和电流．电压谱测试两类太阳电池的性能。研究发现，与薄膜

2、型异质结太阳电池相比，复合型电池具有更高的电池转换效率。通过对两种不同太阳电池的结构表明，增大PN结面积和改善异质结界面性质是提升该类异质结太阳电池性能的重要途径。关键词：薄膜；纳米线；异质结；太阳电池中图分类号：0475；0472．8文献标识码：A2007年B．Pradhan等采用化学法合成垂直取向0引言的高密度单晶ZnO纳米线，并制备了染料敏化太阳ZnO是一种本征的n型半导体，带隙3．37eV，电池，给后人一些启示。2007年T．J．Hsueh等¨采激子结合能高达60meV⋯，在紫外和可见光区域的用磁控溅射法

3、在玻璃上溅射一层ZnO薄膜，然后生透光性好而且具有很高的化学稳定性和热稳定性，长一层ZnO纳米线，并进一步溅射一层Cu0，制备这些性能使得ZnO在紫外光电探测器、太阳电池和出Cu0包覆的ZnO异质结太阳电池，其性能有所其他光电子器件领域有巨大的潜在应用价值_2J。提高，但成本较高不易推广。2008年s．S．Jeong到目前为止，还较难以获得可用于器件组装水平的等¨采用电沉积法制备了Zn0／Cu，0太阳电池，其P型ZnO材料，因而制约了ZnO同质结的获得及习效率仅为0．41％。2010年，文献[12]采用电化学惯高

4、性能发光二极管器件的实现。但是，由于ZnO法重现T．J．Hsueh等¨的工作，效率提高到在可见太阳光范围内具有很高的透过率，近年来被0．88％。但目前CuO太阳电池转换效率远低于广泛地应用到太阳电池器件的组装方面。Shockley-Queisser提出的理论极限20％，需要更深CuO是另一种重要的P型直接带隙氧化物半导体入的研究。材料，带隙为2．1eV，在自然界中原料丰富且对人类本文采用电化学沉积法通过控制电解液前驱体无毒。此外，Cu，0对可见光吸收系数较高，且少数的浓度制备了ZnO薄膜和纳米线阵列，以上述样品载

5、流子扩散长度也适合做太阳电池吸收层’，因为衬底，通过电化学沉积制备不同的ZnO／Cu，O异此，CuO非常适于制备太阳电池，且太阳电池的理质结，进而组装为太阳电池。研究不同异质PN结论效率可高达20％以上。但是，Cu：0的n型掺杂结构对ZnO／Cu，0太阳电池性能的影响。难以实现，到目前为止，通过n型掺杂来获得Cu，O1实验同质结太阳电池的努力并不成功。因此，综合ZnO和Cu，0的特点来用于太阳电ZnO／Cu0异质结是通过连续的阴极电化学沉池组装，一个较好的解决办法就是利用ZnO／Cu，O积制备的，衬底为掺F的Sn

6、O，透明导电玻璃。沉积异质结。研究表明，ZnO和Cu，0形成异质结的导ZnO薄膜时选用0．5mol／L的zn(NO)溶液作为带能级之差较小，已引起关注I9J。2000年J．Lee电解液，沉积时间和温度分别为60min和80~C，施等对电化学法制备Cu，0和ZnO做了初步研究。加的电流密度为0．3mA／cm。沉积ZnO纳米线时收稿日期：201l一11．22基金项目：国家自然科学基金(51002065；l1174112)；山东省泰山学者基金(TSHW20091007)通信作者：曹丙强(1978一)，男，博士、教授，主

7、要从事半导体微纳米材料与相关器件方面的研究。mse—caobq@ujn．edu．on太阳能学报35卷[5]MengFanying，LvXiaoqian，LiHui，eta1．Electrical3结论propertiesofZnOthinfilmsdepositedatlowtemperature通过电化学沉积技术制备了薄膜型和薄膜／纳[J]．ActaEnergiaeSolarisSinica，2009，30(10)：1143-1146．米线复合型的ZnO／CuO异质结太阳电池，其暗场下．，-特性曲线均表现出明显

8、的PN结整流效应。[6]GoldenTD，ShumskyMG，ZhouY，eta1．Electrochemicaldepositionofcopper(I)Oxidefilms[J]．两种不同结构太阳电池性能测试表明，由于纳米线ChemistryofMaterials，1996，8(10)：2499-2504．阵列的引入增大了PN结的面积，并改善了异质结[7]Tanaka