n型氧化亚铜的制备及光电性能研究

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随着不可再生资源如石油、天然气等的日益耗尽,急切的需要人类寻求可替代的自然资源。太阳能取之不尽,用之不竭,是未来能源最合适的替代品。但目前太阳能的利用效率很低,还需要进一步的研究才能大面积广泛的开发应用。Cu2O是由两个非常丰富和无毒的元素组成的p型氧化物半导体,具有相对较高的禁带宽度(室温下为1.95 eV),对应的理论转换效率η约为20%,是适合实现低成本太阳电池的半导体。然而,由于Cu2O过高的表面阻抗和掺杂的困难,到目前为止基于Cu2O太阳电池的转换效率普遍较低。  如何提高Cu2O电导性已经成为Cu2O光伏应用领域研究的关键。掺杂技术作为一种控制半导体导电类型和电阻率常见的做法,被越来越多的应用于Cu2O光伏材料制备的研究。为了得到阻抗较低的Cu2O,首先在酸性电解液中用恒电位沉积法制备Cu2O薄膜,并以KCl为添加剂对其进行Cl掺杂,考察Cl掺杂浓度对Cu2O晶体结构和表面形貌的影响。通过测试样品的吸收光谱来估算禁带宽度,并对样品的表面光电压及光电化学性能进行表征,得到的样品均为n型。莫特-肖特基(Mott-Schottky)曲线的测试得到了样品的载流子浓度,并进一步确定了样品的导电类型。分析发现对Cu2O进行Cl掺杂后可以提高n型导电类型,且具有更优越的光电化学性能。  为了制备基于n型Cu2O的异质结太阳电池,通过连续离子层吸附法在Cu2O表面复合PbS量子点。PbS是窄禁带半导体,具有较宽光谱吸收带,具有p型导电类型。其特有的多激子产生效应和尺寸效应大大提高了对太阳光的利用率。经PbS改性后的Cu2O对光的吸收被拓宽到了近红外区,且光生电流有很大的提高。PbS复合后的样品转换效率最高仅为0.67%,主要原因是两者能级的不匹配,形成异质结时引入界面态,得不到理想的转换效率。
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