【摘要】：本論文通過(guò)化學(xué)浴沉積（CBD)、連續(xù)離子吸附（SILAR)等方法的方法直接在晶硅片上生長(zhǎng)CuO納米陣列、CuS納米晶/量子點(diǎn)以及CuO/CuS復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。并通過(guò)X-射線粉末衍射分析儀(XRD),場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡分析儀(FESEM),固體紫外-可見(jiàn)-近紅外漫反射光譜分析儀(UV-Vis),半導(dǎo)體材料少數(shù)載流子壽命測(cè)量?jī)x，光電性能測(cè)試等手段測(cè)試材料的形貌結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、少數(shù)載流子壽命及光電轉(zhuǎn)化性能，詳細(xì)結(jié)果如下： 合成不同形貌、尺寸的CuO納米陣列，將其直接沉積在晶體硅片上。CuO納米陣列/c-Si太陽(yáng)能電池在250-1250nm范圍內(nèi)，相對(duì)于空白晶體硅片顯示出極強(qiáng)的光吸收和很低的反射率c-Si太陽(yáng)能電池結(jié)合CuO納米陣列后，晶體硅片表面到空氣之間，能夠形成階梯折射率，從而增加了光捕獲。同時(shí)，CuO納米陣列/c-Si結(jié)構(gòu)產(chǎn)生光學(xué)共振模型效應(yīng)，使得入射光能夠發(fā)生多重散射，極大的增加光了復(fù)合結(jié)構(gòu)晶體硅電池對(duì)光的吸收利用。同時(shí)，P型的CuO納米陣列沉積在晶體硅片表面后，能有形成CuO納米陣列/c-Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)并且形成內(nèi)建電場(chǎng)，這將有利于光生電子-空穴對(duì)的有效分離，從而使得少數(shù)載流子從空白晶體硅片的5.7嘩增加到復(fù)合結(jié)構(gòu)的15.0嘩。CuO納米陣列/c-Si結(jié)構(gòu)降低了其光學(xué)損失，同時(shí)增加了少數(shù)載流子的收集，這兩方面結(jié)合從而極大提高了電池效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CuO納米陣列/c-Si太陽(yáng)能電池的短路電流，電池效率分別相對(duì)提高了10.3%和17.90、CuO納米陣列/c-Si太陽(yáng)能電池將有望超過(guò)單異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的Shockley-Queisser局限性。 首先在硅片生長(zhǎng)CuS納米晶/量子點(diǎn)，并對(duì)其不同形貌，尺寸等進(jìn)行了較深入的研究和討論。我們先對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)處理，即通過(guò)腐蝕的方式，使得硅片表面粗化，同時(shí)在硅的表面形成Si納米顆粒。在此基礎(chǔ)上，采用連續(xù)離子吸附的方法，在硅片表面沉積致密、均勻、牢固的CuS納米晶/量子點(diǎn)。吸收光譜表明，當(dāng)CuS納米晶/量子點(diǎn)生長(zhǎng)在硅片表面后，復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)光的吸收光譜范圍明顯變寬，且吸收強(qiáng)度有一定的增加。從最終的結(jié)果看，由于CuS納米晶/量子點(diǎn)具有量子限制效應(yīng)等特點(diǎn)，能夠極大的將光能轉(zhuǎn)化為電能。納米CuS具有量子限域效應(yīng)，使禁帶寬度增大，當(dāng)CuS導(dǎo)帶與硅片導(dǎo)帶接近時(shí)，將有利于導(dǎo)帶間的電子傳遞，達(dá)到電子輸送的結(jié)果。而硫化銅本身具有吸收系數(shù)高，且多重激子效應(yīng)使CuS QDs能夠?qū)⒁粋�(gè)光子產(chǎn)生多重電子空穴對(duì)，這種多重激子可以使CuS QDs提供比硅片更多的電子，，從而達(dá)到提高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，我們通過(guò)結(jié)合CuO納米陣列的陷光結(jié)構(gòu)并結(jié)合CuS納米晶/量子點(diǎn)的量子效應(yīng)，在硅片表面首先生長(zhǎng)CuO納米葉，然后再去沉積CuS納米晶/量子點(diǎn)，與硅片表面N型結(jié)構(gòu)形成串聯(lián)的PN結(jié)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)可以有效的分離電子空穴對(duì)，降低光生載流子的結(jié)合。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明，CuO/CuS復(fù)合結(jié)構(gòu)電池結(jié)合了其各自單相結(jié)構(gòu)電池的優(yōu)點(diǎn)，最終的電池效率從原硅片的9.39%增加到13.0%,相對(duì)增加了38%。
[Abstract]:In this paper, by means of chemical bath deposition (CBD), continuous ion adsorption (SILAR) and other methods, CuO nanowire arrays, CuS nanocrystals / quantum dots and CuO/CuS composite structures are directly grown on crystal silicon wafers. The X- ray powder diffraction analyzer (XRD), field emission scanning electron microscope analyzer (FESEM), and solid ultraviolet visible near infrared diffuse. The reflection spectrum analyzer (UV-Vis), the semiconductor material minority carrier life measuring instrument, the photoelectric performance test and so on test the material's morphology, the chemical composition, the minority carrier life and the photoelectric conversion performance, and the detailed results are as follows:
CuO nanoscale arrays of different morphologies and sizes are synthesized, and they are deposited directly on the crystal silicon wafer of the.CuO nanoscale /c-Si solar cell in the 250-1250nm range. Compared with the blank crystal silicon, the strong light absorption and the low reflectivity of the c-Si solar cells are combined with the CuO nanoscale array, and the surface of the crystal silicon wafer surface to the air can be found. At the same time, the CuO nano array /c-Si structure produces optical resonance model effect, which makes the incident light multiple scattering, which greatly increases the absorption and utilization of light in the composite crystal silicon battery. At the same time, the P type CuO nanoscale arrays can form CuO nano after the crystal silicon surface. The /c-Si heterostructure of the rice array and the built in electric field will be beneficial to the effective separation of the photoelectron - hole pair, which makes the minority carrier increase from the 5.7 clam of the blank crystal silicon to the composite structure of the 15 clad.CuO nanoarray /c-Si structure, which reduces the optical loss, and increases the collection of a few carriers at the same time, which are the two aspects. The results show that the efficiency of the battery is greatly improved. The experimental results show that the short circuit current of CuO nano array /c-Si solar cells increases by 10.3% and 17.90 respectively, and the CuO nano array /c-Si solar cells will exceed the Shockley-Queisser limitation of the single heterojunction solar cells.
First, the CuS nanocrystals / quantum dots were grown on the silicon chip, and the different morphology and size were studied and discussed. First, we pretreated the silicon wafer, that is, the surface of silicon was coarsened by corrosion, and Si nanoparticles were formed on the surface of silicon. On this basis, the silicon wafer was used by continuous ion adsorption method. CuS nanocrystalline / quantum dots are deposited on the surface, and the absorption spectra show that when the CuS nanocrystalline / quantum dots grow on the surface of the silicon wafer, the absorption spectrum of the composite structure broadens obviously, and the absorption strength is increased to a certain extent. From the final results, the CuS nanocrystalline / quantum dots have the characteristics of quantum confinement. It can greatly transform the light energy into electric energy. The nano CuS has the quantum confinement effect, which makes the band gap widen. When the CuS guide band is close to the guide band of the silicon, it will be beneficial to the electron transfer between the guide bands and the result of the electron transport. And the copper sulfide itself has a high absorption coefficient, and the multiple exciton effect makes CuS QDs produce more than one photon. With heavy electron hole pair, this multiple exciton can make CuS QDs provide more electrons than silicon chips to improve the photoelectric conversion efficiency. In addition, by combining the trapping structure of the CuO nanoscale array and combining the quantum effects of the CuS nanocrystalline / quantum dots, the first Mr. CuO nanoscale on the surface of the silicon wafer is long, and then the CuS nanocrystalline / quantity is then deposited. A PN junction heterostructure is formed in series with the N type structure on the surface of the silicon wafer. This composite structure can effectively separate the electron hole pairs and reduce the binding of the photogenerated carriers. The experimental results also show that the CuO/CuS composite battery combines the advantages of their respective single-phase structural batteries, and the final battery efficiency increases from 9.39% of the original silicon to 13. .0%, a relative increase of 38%.
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;O649.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉霞;;利用納米陣列技術(shù) 基因測(cè)序成本降至5000美元[J];科學(xué)咨詢(決策管理);2009年12期

2 林莎莎;鐘福新;;一維納米陣列的制備及其在傳感器中的應(yīng)用[J];梧州學(xué)院學(xué)報(bào);2009年06期

3 王斌;羊鉞;劉磊;;基于泊肅葉公式的納米陣列孔徑測(cè)量[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2011年04期

4 左娟,孫嵐,林昌健;納米陣列結(jié)構(gòu)功能材料的制備、性質(zhì)及應(yīng)用[J];電子元件與材料;2003年12期

5 郭子政;宣志國(guó);張?jiān)荷?安彩虹;;納米陣列膜磁性質(zhì)的蒙特卡羅模擬[J];信息記錄材料;2008年03期

6 李會(huì)峰;黃運(yùn)華;張躍;高祥熙;趙婧;王建;;摻銦氧化鋅納米陣列的制備、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究[J];物理學(xué)報(bào);2009年04期

7 ;創(chuàng)新地圖[J];IT經(jīng)理世界;2012年07期

8 王宇;劉浪;吳大平;郭玉忠;王劍華;;納米陣列和納米晶薄膜錫電極性質(zhì)的電化學(xué)研究[J];稀有金屬材料與工程;2012年09期

9 林紅巖;于翠艷;許濤;;氧化鋁模板制備鎳納米陣列[J];新技術(shù)新工藝;2006年08期

10 李嬈;劉冬雪;狄月;朱亞彬;;基于電泳法和磁控濺射技術(shù)制備金納米陣列[J];物理實(shí)驗(yàn);2013年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 甘小燕;李效民;高相東;邱繼軍;諸葛福偉;;一維半導(dǎo)體納米陣列的制備及其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

2 吳明Z;楊賢鋒;趙豐華;周強(qiáng);田俐;;氧化物納米陣列材料的液相制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控[A];第十二屆固態(tài)化學(xué)與無(wú)機(jī)合成學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

3 楊秋;劉熙俊;劉軍楓;孫曉明;;多級(jí)納米陣列及其催化性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第34分會(huì)：納米催化[C];2014年

4 楊秋;陸之毅;李甜;劉軍楓;孫曉明;;多層級(jí)納米陣列的合成及其超電容性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第24分會(huì)：化學(xué)電源[C];2014年

5 唐紀(jì)琳;Andreas Ebner;Uwe B.Sleytr;Nicola Ilk;Peter Hinterdorfer;;基于功能化S-層蛋白納米陣列的單分子識(shí)別[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第09分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

6 陳鵬磊;高鵬;劉鳴華;;氣/液二維界面上的超分子組裝：構(gòu)鍵規(guī)則微/納米陣列結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單便捷的方法[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十一屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

7 安哲;何靜;;水滑石納米陣列納微結(jié)構(gòu)提高酶電子傳遞性能[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第1分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

8 季書(shū)林;葉長(zhǎng)輝;張立德;;復(fù)配無(wú)機(jī)光吸附層的垂直排列的氧化物納米陣列太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展[A];安徽新能源技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展博士科技論壇論文集[C];2010年

9 孫萍;徐嶺;趙偉明;李衛(wèi);徐駿;馬忠元;黃信凡;陳坤基;;基于膠體球刻蝕法制備的有序半導(dǎo)體納米陣列及其光學(xué)性質(zhì)的研究[A];第十六屆全國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

10 倪賽力;常永勤;陳喜紅;張寅虎;多永正;強(qiáng)文江;龍毅;;氧化鋅納米陣列場(chǎng)發(fā)射性能研究[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2）[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 ;納米陣列實(shí)現(xiàn)Tb級(jí)存儲(chǔ)密度[N];計(jì)算機(jī)世界;2003年

2 何屹;商用表面增強(qiáng)拉曼光譜傳感器面世[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 任鑫;一維TiO_2與ZnO納米陣列的設(shè)計(jì)、制備及性能研究[D];上海交通大學(xué);2011年

2 周正基;一維單晶TiO_2納米陣列的可控制備及其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用研究[D];河南大學(xué);2013年

3 藍(lán)新正;新型Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體分級(jí)納米陣列結(jié)構(gòu)及光伏電池研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

4 丁瑞敏;幾種復(fù)合材料一維有序納米陣列的構(gòu)建及其電催化性能與機(jī)理研究[D];華中師范大學(xué);2012年

5 趙世華;ZnO納米陣列的制備和稀土摻雜工藝及其發(fā)光性能的研究[D];湖南大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 周鴻;貴金屬納米陣列的制備及其光譜特性的研究[D];電子科技大學(xué);2013年

2 翁習(xí)文;過(guò)渡金屬氧化物納米陣列的設(shè)計(jì)合成與性能研究[D];北京化工大學(xué);2013年

3 孫甲強(qiáng);鈷基氧化物納米陣列的合成與催化性質(zhì)研究[D];北京化工大學(xué);2012年

4 孔瑜潔;銀納米陣列的制備及其光學(xué)非線性研究[D];華中科技大學(xué);2011年

5 金志明;金屬納米陣列材料的制備及在表面增強(qiáng)拉曼散射中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2014年

6 徐怡;一維納米陣列的制備與性能研究[D];河海大學(xué);2006年

7 朱兆勇;高分子準(zhǔn)一維納米陣列結(jié)構(gòu)的制備及性能研究[D];蘇州大學(xué);2010年

8 閆曉娜;氧化鋅納米陣列氣敏性能及發(fā)光、浸潤(rùn)性研究[D];天津理工大學(xué);2007年

9 曹東;基于AZO晶種的ZnO納米線生長(zhǎng)及紫外光電特性研究[D];電子科技大學(xué);2011年

10 周小芳;AAO模板法制備納米陣列材料及其在拉曼光譜學(xué)上的應(yīng)用[D];昆明理工大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2167622