【摘要】：氧化銅作為環(huán)保、無毒、廉價的直接帶隙半導體材料,在諸多領(lǐng)域尤其太陽能電池領(lǐng)域有美好的應用前景。本研究采用直流磁控濺射法制備了氧化銅(CuO)及摻銦氧化銅(CuO:In)薄膜,并著重研究了氧氬比、襯底溫度、濺射功率、反應氣壓等參數(shù)對薄膜微結(jié)構(gòu)和光、電學性質(zhì)的影響。此外,嘗試制備了結(jié)構(gòu)為Ag/PCBM/CH_3NH_3PbI_3/CuO/FTO的鈣鈦礦太陽能電池并測試其J-V特性。主要結(jié)果如下:(1)襯底溫度170℃時制備了-111擇優(yōu)取向的單相CuO薄膜。晶軸a和b方向上存在壓應力,而c軸上微觀應力隨襯底溫度升高由壓應力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚Α９鈱W吸收邊值在1.85 eV-1.94 eV之間變化,光學吸收邊的略微藍移可歸結(jié)于量子尺寸效應。(2)氧氬比為1:2、襯底溫度≥300℃時制備的CuO薄膜具有單相結(jié)構(gòu),而600℃時薄膜的111擇優(yōu)取向最強,500℃時薄膜的導電類型開始從p型轉(zhuǎn)變n型。晶軸a,b和c方向上的微觀應力隨襯底溫度升高均呈現(xiàn)為拉應力。薄膜的光學吸收邊隨著襯底溫度的升高而先略微藍移后紅移。襯底溫度為400℃時,薄膜的自由載流子濃度達到最大值3.406×10~(19) cm~(-3)。(3)室溫時通過調(diào)制濺射功率制備了-111擇優(yōu)取向的CuO:In薄膜,CuO:In仍是直接帶系半導體。隨著濺射功率的增加,薄膜的-111擇優(yōu)取向增強,在140W時薄膜的擇優(yōu)性最強。軸a,b和c方向上的薄膜微觀應力均為拉應力,薄膜的光學吸收邊隨濺射功率的增加略微紅移,濺射功率為100 W時薄膜的導電類型開始由p型轉(zhuǎn)變?yōu)閚型。薄膜的自由載流子濃度具有最大值9.333×10~(18) cm~(-3),而遷移率具有最大值23.38 cm~2s~(-1)V~(-1)。(4)室溫下在不同反應氣壓條件下制備了CuO:In單相薄膜。CuO:In仍為直接帶隙半導體。高濺射功率下增大反應氣壓使薄膜的結(jié)晶改善和-111擇優(yōu)取向增強。薄膜a,b和c軸方向的晶粒生長呈現(xiàn)各向異性,薄膜的自由載流子濃度值均大于10~(18) cm~(-3),且導電類型隨反應氣壓發(fā)生轉(zhuǎn)變。(5)CuO薄膜可作為空穴傳輸層應用于鈣鈦礦太陽能電池。制備的Ag/PCBM/鈣鈦礦/CuO/FTO反型結(jié)構(gòu)的太陽能電池的效率為1.3%,其中短路電流、開路電壓、填充因子分別為3.26E-4 A、0.597 V、40.1%。
【圖文】：

圖 2.1 三靶位 JGP-450 型磁控濺射沉積系統(tǒng)首先將普通玻璃片切割為 2.5 2.5 cm2，然后用吹風見顆粒(目的是將附著在玻璃表面由于切割產(chǎn)生的較玻璃片襯底浸泡在比例為 1:3 的硝酸水溶液中 30 雜質(zhì)及油脂等，接著用去離子水超聲清洗 15 min，無水乙醇、去離子水對玻璃襯底分別超聲清洗 15 置于溫度為 85 ℃的烘干箱內(nèi)烘干待用。備流程如圖 2.2 所示：

圖 2.1 三靶位 JGP-450 型磁控濺射沉積系統(tǒng)實驗前，首先將普通玻璃片切割為 2.5 2.5 cm2，然后用吹風機和流動水去表面的可見顆粒(目的是將附著在玻璃表面由于切割產(chǎn)生的較大玻璃殘渣)并吹干。將玻璃片襯底浸泡在比例為 1:3 的硝酸水溶液中 30 min，，目的是玻璃表面的雜質(zhì)及油脂等，接著用去離子水超聲清洗 15 min，然后再依次丙酮溶液、無水乙醇、去離子水對玻璃襯底分別超聲清洗 15 min，最后將后的玻璃片置于溫度為 85 ℃的烘干箱內(nèi)烘干待用。薄膜的制備流程如圖 2.2 所示：
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TQ131.21;TM914.4

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