本文關(guān)鍵詞：氧化亞銅薄膜的制備及其光電性能研究

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【摘要】：氧化亞銅(Cu20)是一種非化學(xué)計量半導(dǎo)體,不同條件下制備的氧化亞銅可能為n型或p型半導(dǎo)體,它的禁帶寬度約為2.1 eV。在可見光范圍內(nèi)有較強的光吸收系數(shù),其理論光電轉(zhuǎn)換效率可以達到20%,因此其在新型薄膜電池材料的開發(fā)和應(yīng)用、光催化以及光電化學(xué)領(lǐng)域具有較大的潛力,對Cu20的研究也得到了廣泛的關(guān)注。氧化鋅(ZnO)是一種應(yīng)用廣泛的n型寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料,可見光區(qū)域的ZnO是透明的,而且直接禁帶寬度為3.4 eV,激子結(jié)合能為60meV,電子遷移率更是達到120 cm2/V·s,這些特點使得ZnO像GaN一樣在紫色光和藍色光發(fā)光器件中具有重要應(yīng)用價值的半導(dǎo)體,目前ZnO已經(jīng)很成熟的應(yīng)用于染料敏化電池光陽極的部分。Cu20和ZnO兩者都具有原材料豐富、沒有毒性以及制備方法多樣化等優(yōu)點,而且兩者在可見光區(qū)域都具有光伏應(yīng)用潛力,所以Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)應(yīng)該在半導(dǎo)體光電器件方面有很好的發(fā)展前景。本文主要是在恒電位沉積條件下研究各種沉積參數(shù)對制備的Cu20薄膜、ZnO薄膜及Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)形貌、結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能及電化學(xué)性能的影響,主要工作如下：(1)酸性電解液體系,醋酸銅和醋酸鈉的水溶液作為電解液,用冰醋酸調(diào)節(jié)溶液的pH值,在FTO導(dǎo)電玻璃基底上恒電位沉積Cu20薄膜,并系統(tǒng)研究了各種沉積工藝參數(shù)對薄膜的影響。結(jié)果表明,隨著溶液pH值的增加,Cu20晶粒尺寸逐漸變小,禁帶寬度、還原電位(Cu2O/Cu2+)、溶液的濃差極化逐漸增加,而Cu2+擴散系數(shù)則減��；隨著沉積溶液溫度的升高,Cu20薄膜的載流子濃度和禁帶寬度都呈逐漸增加的趨勢,當電沉積溶液的溫度為50℃C時,我們發(fā)現(xiàn)(111)和(200)晶面的衍射峰是最強的,晶體結(jié)晶性也最好,其禁帶寬度為2.18 eV,比較接近塊體Cu20的帶隙值；當沉積電位由-0.1 V逐漸往負方向增加到-0.4 V時,枝晶結(jié)構(gòu)的Cu20晶粒結(jié)晶度增加,晶粒變得更加細小,載流子濃度逐漸增加,禁帶寬度先增大后減小,當沉積電位為-0.4 V時出現(xiàn)Cu雜質(zhì)降低了薄膜的禁帶寬度。另外,酸性電解液中不同工藝參數(shù)下制備的Cu20半導(dǎo)體薄膜均為n型半導(dǎo)體。(2)堿性電解液體系,硫酸銅的水溶液作為電解液,用NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH值,乳酸為絡(luò)合劑,在FTO導(dǎo)電玻璃基底上恒電位沉積Cu20薄膜,并系統(tǒng)研究了各種沉積工藝參數(shù)對薄膜性能的影響。結(jié)果表明,隨著溶液pH值的增加,Cu20薄膜的禁帶寬度和平帶電位逐漸變小,光電轉(zhuǎn)化效率先增加后減小,pH=11時獲得最大的光電轉(zhuǎn)化效率為1.36%；隨著沉積溶液溫度的升高,各衍射峰強度先增強后減小,溫度為60℃時峰強最強,另外,當沉積溶液溫度升高時,Cu2+的還原電位、電沉積電流以及量子效率逐漸增大,溫度為60℃時,量子效率(IPCE)最大為29%,其他溫度下的量子效率均小于5%；當沉積電位往負的方向增加時,Cu20薄膜的光電轉(zhuǎn)化效率和電流密度都增加。此外,堿性溶液中不同工藝參數(shù)下制備的Cu20半導(dǎo)體薄膜均為p型半導(dǎo)體。(3)采用恒電位沉積法,電沉積溶液為硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液,在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備ZnO薄膜,以硫酸銅為電沉積溶液,用NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH值,乳酸為絡(luò)合劑,在ZnO薄膜基底上制備Cu20薄膜,并系統(tǒng)研究了制備條件對薄膜的影響。隨著電沉積電位往負的方向增加,ZnO薄膜的厚度增加,晶體形貌由六棱柱形貌變?yōu)椴轄�。此�?當沉積電位負增加時,ZnO薄膜的帶隙值逐漸增加,平帶電位逐漸變小,光電轉(zhuǎn)化效率先增大后減��；沉積電位為-1V時,光電轉(zhuǎn)化效率最高為0.976%；隨著Zn2+濃度的增加,(002)晶面的衍射峰逐漸增強,制備的ZnO片狀晶粒逐漸增大；當沉積電位負增加時,Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)的各衍射峰增強,Cu20的晶粒變得細小致密,Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)的厚度增加,光電轉(zhuǎn)化效率增加,最大光電轉(zhuǎn)化效率為1.61%；隨著溶液pH值的增加,Cu20的晶粒尺寸變大,Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)的厚度增加,光電轉(zhuǎn)化效率增加,最大光電轉(zhuǎn)化效率為2.33%。
【關(guān)鍵詞】：電化學(xué)沉積 Cu_2O薄膜 ZnO納米棒 量子效率 光電轉(zhuǎn)化效率
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.21;TB383.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 課題背景13-14
• 1.2 Cu_2O物理特性14
• 1.2.1 Cu_2O的基本性質(zhì)14
• 1.2.2 Cu_2O的晶體結(jié)構(gòu)14
• 1.3 Cu_2O的應(yīng)用前景14-15
• 1.4 Cu_2O的制備方法15-18
• 1.4.1 溶膠凝膠法15-16
• 1.4.2 熱氧化法16
• 1.4.3 氣相沉積法16
• 1.4.4 磁控濺射法16-17
• 1.4.5 電化學(xué)沉積法17-18
• 1.5 論文選題及主要研究內(nèi)容18-20
• 1.5.1 論文選題18
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 酸性條件下Cu_2O薄膜的制備及性能研究20-47
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗部分20-23
• 2.2.1 實驗原料及設(shè)備20
• 2.2.2 樣品制備20-22
• 2.2.3 測試表征22-23
• 2.3 結(jié)果與討論23-45
• 2.3.1 溶液pH值對Cu_2O薄膜的影響23-35
• 2.3.2 沉積溫度對制備Cu_2O薄膜的影響35-41
• 2.3.3 沉積電位對制備Cu_2O薄膜的影響41-45
• 2.4 本章小結(jié)45-47
• 第3章 堿性條件下Cu_2O薄膜的制備及性能研究47-65
• 3.1 引言47
• 3.2 實驗部分47-48
• 3.2.1 實驗原料及設(shè)備47
• 3.2.2 樣品制備47-48
• 3.2.3 測試表征48
• 3.3 結(jié)果與討論48-63
• 3.3.1 溶液pH值對制備Cu_2O薄膜的影響48-56
• 3.3.2 沉積溫度對制備Cu_2O薄膜的影響56-60
• 3.3.3 沉積電位對制備Cu_2O薄膜的影響60-63
• 3.4 本章小結(jié)63-65
• 第4章 Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)的制備及性能研究65-82
• 4.1 引言65
• 4.2 電沉積法制備ZnO薄膜及性能研究65-74
• 4.2.1 實驗原料及設(shè)備65-66
• 4.2.2 樣品制備66
• 4.2.3 測試表征66-67
• 4.2.4 結(jié)果與討論67-74
• 4.3 Cu_2O/ZnO異質(zhì)結(jié)的制備及性能研究74-81
• 4.3.1 實驗原料及設(shè)備74-75
• 4.3.2 樣品制備75
• 4.3.3 測試表征75-76
• 4.3.4 結(jié)果與討論76-81
• 4.4 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論及展望82-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-95
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文95

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1 ;非PVC醫(yī)用輸液袋共擠薄膜的生產(chǎn)[N];中國包裝報;2005年

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