氧化亚铜光电材料的电沉积制备及性能研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 太阳能电池可以利用太阳光直接进行发电，是一种绿色、环保、可持续发展的能 源转换器。氧化亚铜光电薄膜电池因价格低廉、储量丰富、有良好的光电效应而被广 泛的关注，其吸收层 Cu O 是一种禁带宽度约为 2.17eV 的p 型半导体，具有八面立方 2 结构，在光催化、电池、超导体等方面都有着广阔的发展前景。本文中通过电化学沉 积法制备 Cu O 薄膜。对所制备薄膜通过 X 射线衍射仪、电化学工作站、SEM 和四探 2 针电阻仪进行表征和性能测试。主要内容如下： （1）实验结果表明，采用电沉积法制备 Cu O 薄膜时，沉积温度的升高有利于薄 2 膜的生成；研究了沉积电位和络合剂对制备的 Cu O 薄膜的影响，发现当沉积电位选择 2 -1.1V，添加浓度为 0.015mol/L 的柠檬酸钠作为络合剂时薄膜结晶最好；pH 值大于 2 时未获得目标产物，因此选择 pH 值为 2 最适宜；通过 SEM 分析，薄膜晶粒尺寸随沉 积温度的升高而增大；通过四探针电阻仪分析所得，制备的 Cu O 薄膜电阻率与电导率 2 同半导体范围一致。 （2 ）在酸性介质下，采用循环伏安法分析了pH 值对镀液电化学性能的影响。结 果表明在 pH=6 时，镀液中的离子移动速度较快，反应更易发生；通过对 Cu O 薄膜的 2 成相进行分析，得知沉积电位、沉积温度和沉积时间分别为-0.1V、50℃和 30min 时最 利于目标产物的生成，且没有杂质，沉积电位过负不利于目标产物的生成；电解质溶 液浓度的增加也有利于目标产物 Cu O 的生成，选择电解质溶液浓度为0.06mol/L 最适 2 宜；通过 SEM 分析发现，在不同沉积温度和 pH 值条件下制备的薄膜形貌有所不同， 温度的升高使薄膜的形貌发生变化；通过四探针电阻仪分析，在酸性体系下制备出的 Cu O 薄膜的电阻率与电导率符合半导体范围。与上一体系相比，所制备薄膜的电导率 2 更高，电阻率较低。 （3 ）研究发现在酸性介质下，在掺杂不同浓度氯化钾的条件下测得的镀液的计时 安培曲线走势大致相同；实验还研究了掺杂浓度和沉积时间对 Cu O 薄膜物相的影响， 2 随着掺杂浓度的增加和沉积时间的延长，氧化亚铜衍射峰强度呈现出先上升后下降的 趋势。当掺杂浓度为 0.006mol/L，沉积时间为 60min 时，目标产物的结晶最好；通过 SEM 对所制备薄膜进行分析，掺杂氯化钾会使薄膜的晶粒尺寸增大；通过四探针电阻 仪分析掺杂氯化钾制备出的 Cu O 薄膜的电阻率与电导率符合半导体范围，随着掺杂浓 2 I 山东建筑大学硕士学位论文 度的增加，薄膜的电阻率逐渐增大，电导率下降。 关键词：太阳能电池，光电转换效率，电沉积法，Cu O 。 2