Cu_2O-ZnO太阳能电池的研究进展及磁控溅射法制备Cu_2O-ZnO异质结的研究(英文)

Cu2O-ZnO异质结具有成本低廉、环境友好及制备方法多样等优点,在太阳能电池领域有很好的应用前景。Cu2O薄膜的高电阻率和低载流子浓度是制约其效率提高的主要原因。本文采用磁控溅射法,在qV(Ar)∶qV(O2)=90∶0.3时得到单相p型Cu2O薄膜,电阻率为88.5Ω·cm,霍尔迁移率为16.9 cm2·V-1·s-1,载流子浓度为4.19×1015cm-3。并结合Cu2O-ZnO异质结能带结构的研究,对Cu2O-ZnO异质结太阳能电池今后的研究提出了一些建议。

Cu_2O-ZnO异质结太阳能电池的制备及光电性能研究(英文)

电化学沉积是一种绿色高效的材料制备方法。本实验使用电化学沉积法分别制备了单晶的氧化锌(ZnO)纳米棒阵列和p型的氧化亚铜(Cu2O)薄膜,并对样品进行了扫描电镜、X光衍射、外量子效率和光电性能测试等一系列的表征和测试。试验结果表明,通过改变反应溶液中的ZnCl2浓度可以来调控ZnO纳米棒的直径。光电性能测量显示在Cu2O/ZnO间形成了p-n异质结。量子效率的测试证明该异质结可有效地促进载流子的分离和传送,从而提高太阳能电池的转化效率。

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p^+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p^+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.

ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列制备及光催化性能

利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列(ZnO NRAs),以此为衬底,采用磁控溅射法在ZnO NRAs表面沉积Cu_2O薄膜。分别用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、光致光谱、紫外可见分光光度计和电化学工作站对样品的物相、形貌、吸收光谱、光电性能进行了表征,用甲基橙(MO)模拟有机物废水研究复合材料的光催化性能。结果表明:ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,其直径约为80~100 nm,长约2~3μm,棒间距约100~120 nm。立方晶系的Cu_2O颗粒直径约为100~300 nm,形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO NRAs表面上,构成ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列(ZnO/Cu_2O HNRAs)结构。与纯ZnO NRAs和Cu_2O相比,ZnO/Cu_2O HNRAs在可见光范围内的吸收显著增强,吸收波长向可见光方向偏移。ZnO/Cu_2O HNRAs的载流子传递界面的电荷转移速度快,有效促进了光生电子和空穴的分离。在紫外-可见光照射65 min后,ZnO/Cu_2O HNRAs的降解效率为94%,分别是纯ZnO NRAs和Cu_2O的18倍和1.7倍。

简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料开放实验设计

构建一种简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料的开放式实验教学模式.利用开放实验平台,使用简单液相法合成ZnO/Cu_2O异质结光催化材料,采用扫描电子显微镜及能谱仪对材料的形貌及成分进行表征,并在可见光条件下对其进行光催化降解罗丹明B实验.实验结果表明:ZnO/Cu_2O复合材料的光催化性能要优于纯ZnO的光催化性能.新的教学模式以学生为中心,可充分调动学生的科研兴趣,培养学生的实践能力、自主思考能力和创新能力.

Cu_2ZnSnS_4/Si异质结器件的制备及特性研究

利用脉冲激光沉积法在不同电阻率的n型Si(100)基片上沉积Cu2ZnSnS4薄膜,制备p-Cu2ZnSnS4/n-Si异质结。利用X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)和原子力显微镜(AFM)对Cu2ZnSnS4薄膜的结构、组分和形貌进行表征,并对器件进行Ⅰ-Ⅴ测试,讨论不同电阻率的Si对异质结器件光电特性的影响。结果表明,器件有良好的整流特性,Si电阻率大的器件光电响应比较好,而Si电阻率小的器件光伏效应比较明显。

恒电流法制备Cu_2O/TiO_2复合纳米管阵列异质结光电极

通过在含F-离子的电解液中阳极氧化Ti薄片基底制备了TiO2纳米管阵列,随后通过恒电流沉积的方法在在TiO2纳米管阵列顶部原位电沉积了Cu2O纳米颗粒。场发射电子扫描显微镜显示TiO2纳米管这列被成功制备,通过恒电流电化学沉积后,TiO2纳米管阵列顶部出现大量纳米颗粒物质,并且随着沉积时间的延长,可以控制沉积物的量。通过X-射线衍射谱的特征衍射谱图我们可以发现TiO2锐钛矿的衍射峰以及相对较弱的Cu2O衍射峰,这说明Cu2O晶体的结晶度不高。在能谱(EDS)图中我们可以发现Ti、Cu、O三种元素,结合XRD以及FE-SEM结果我们可以指出,通过恒电流法确实可以在TiO2纳米管阵列顶部原位沉积Cu2O纳米颗粒。

ZnO/Cu_2O异质结的制备及其光电性能研究

通过两步法制备了由ZnO纳米棒阵列和Cu2O薄膜组成的异质结。首先利用低温湿化学法在掺氟的SnO2导电玻璃(比较FTO)上生长ZnO纳米棒阵列,然后在ZnO纳米棒阵列上通过水热法继续生长Cu2O薄膜,形成ZnO/Cu2O异质结。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪的表征结果得知,ZnO纳米棒阵列具有很好的c轴取向性,其长度为1μm;而Cu2O薄膜的厚度为1.5μm,其(111)面优先沿ZnO的(002)面外延生长。与ZnO纳米棒阵列相比,ZnO/Cu2O异质结在可见光范围内吸收强度明显增强。在模拟太阳光照射下(AM 1.5,100mW/cm2),由ZnO/Cu2O异质结构成的太阳能电池器件的开路电压为0.36V,短路电流密度为7.8mA/cm2,对应的填充因子为31%,光电转换效率为0.86%。

Cu_20/Ti0_2异质结复合薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和磁控溅射技术制备Cu_2O/TiO_2半导体异质结构的光催化复合薄膜。以钛酸丁酯为原料溶胶浸渍提拉制备均匀透明的TiO_2薄膜,以金属Cu为靶源在TiO_2薄膜表面反应溅射p型Cu_2O薄膜,利用SEM、XRD、UV-Vis等分析技术对催化剂进行表征,通过染料的降解实验考查异质结复合薄膜在模拟太阳光下的光催化活性,并对其机理进行探讨。结果表明,TiO_2与Cu_2O复合后形成的异质结薄膜在模拟太阳光下具有较好的光催化活性,异质结复合扩展了催化剂的光响应范围及光响应强度,提高了量子效率,是一种充分利用太阳能的光催化复合薄膜。

ZnO/Cu2O异质结中深能级表面光伏特性

采用恒电压沉积法在导电玻璃(FTO)上制备了具有三棱柱金字塔状的ZnO/Cu2O异质结薄膜.利用场发射扫描电镜(FESEM)与X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微观形貌和晶体结构进行了表征.利用表面光电压谱(SPS)、场诱导表面光电压谱(FISPS)和相位谱(PS)研究了单一Cu2O与ZnO/Cu2O异质结薄膜的表面光伏性质.结果表明,与单一Cu2O薄膜相比,ZnO/Cu2O异质结薄膜的光伏响应范围拓展到了600～800nm.根据SPS,FISPS和PS的作用原理,拓展部分的光伏响应归因于ZnO/Cu2O异质结中Cu2O层的深能级跃迁,该跃迁在ZnO-Cu2O界面电场(方向由ZnO指向Cu2O)的作用下得到加强,同时深能级跃迁产生的电子-空穴对在ZnO-Cu2O界面电场的作用下得到了有效分离和传输.

多晶CdS/Cu_2S异质结太阳电池光电流及转换效率的计算

根据半导体材料的性能参数,对多晶CdS/Cu_2S薄膜太阳电池在各种浓度下的光伏特性作了较深入的分析和计算。计算中考虑到耗尽区宽度的变化以及内表面复合损失对光电流J_L的影响,同时还用Rotlwarf晶界复合损失模型计算了晶粒度对光电流及光伏特性的影响。存在一个最佳Cu_2S受主浓度N_a=10^(15)cm^(-3),单晶和晶粒度R=3μm的多晶电池,其转换效率分别为13.6％和13.3％。

Cu_2O及Au/Cu_2O核壳异质结纳米立方体的制备、微观结构和生长机理的研究

采用液相还原法制备出金纳米颗粒,并通过调控其浓度,采用热氧化的方法制备出了氧化亚铜纳米立方体及金/氧化亚铜核壳异质结纳米立方体。利用透射电子显微学对两种材料的结构及物相组成等进行了详细的分析研究,并探讨了各自的形成机理。研究发现Cu2O纳米立方体主要有正方体和截角正八面体两种几何形状。Au/Cu2O核壳异质结纳米立方体有两种形成机制。Au纳米颗粒和正四辛基溴化铵的浓度对于两种纳米立方体结构的形成起着重要的作用。

PbS/Cu_2O异质结的制备和性能表征

采用电化学沉积法在酸性电解液中制备n型Cu_2O薄膜,并对其进行Cl掺杂,制备Cu_2O-Cl结构。然后利用连续离子吸附法在样品薄膜上复合PbS量子点。通过SEM和UV-vis对样品进行表征,并对样品的光电化学性能进行了测试。结果表明,未掺杂的Cu_2O对PbS量子点的吸附能力较强一些,经PbS敏化后的样品在太阳光谱的吸收拓展到了近红外区,PbS/Cu_2O和PbS/Cu_2O-Cl复合结构的光电化学性能均有所增加,尤其是短路电流密度。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。

电化学法制备Co(OH)_(2)/Cu(OH)_(2)异质结电极及其作为析氧电催化剂的研究

贵金属IrO_(2)和RuO_(2)被广泛认为是优异的析氧(OER)催化剂,但是高成本限制其应用与发展,故开发高效的非贵金属OER催化剂具有重大的实际意义和应用前景。采用简便的电化学法制备了一种三维异质结电极Co(OH)_(2)/Cu(OH)_(2)作为优良的OER催化剂。Co(OH)_(2)/Cu(OH)_(2)由于其三维异质结构,使其具有较大的比表面积和充足的活性位点,同时调节了表面Co的电子结构进而提高OER活性,表现出优良的催化性能。在1mol/L KOH溶液中,Co(OH)_(2)/Cu(OH)_(2)能在270mV的低过电位下达到10mA/cm2,并且能保持在100mA/cm2的大电流密度下较长时间进行OER反应,是一种优良的OER催化剂。

CuS/Bi_(2)WO_(6)异质结光催化剂的制备及可见光下催化机理研究

采用水热法合成了CuS负载的花状Bi_(2)WO_(6)异质结光催化剂用以在可见光下降解罗丹明B(RhB)。通过SEM,XRD,XPS,UV-vis DRS,PL等方法对其形貌结构及光电性能进行了表征。CuS的负载扩大了Bi_(2)WO_(6)光响应范围,增加了比表面积,促进了光生电子空穴对的分离,进而有效增强了光催化性能。在可见光下,10%CuS/Bi_(2)WO_(6)对RhB的降解效率最高,120 min内可达到97%,其催化效率为Bi_(2)WO_(6)的3.43倍。此外,还通过自由基捕获实验及ESR检测证明了空穴和超氧自由基为可见光下降解RhB的主要活性物质并提出了具体的反应机理。

TiO_(2)/CuS异质结的制备及光催化降解染料废水的研究

以原位沉淀法和水热法混合的合成手段,制备了TiO_(2)/CuS异质结光催化剂。这种异质结改善了单一TiO_(2)半导体光催化剂的缺陷,明显提高了太阳光下光催化降解甲基橙的效率。TiO_(2)与CuS之间形成的异质结结构和合适的能带结构能够扩展材料对太阳光谱的响应范围并且很好地收集和传输光诱导载流子,从而提高了载流子的分离效率,最终使半导体的光催化活性明显增强。结果表明,太阳光照射25 min后,相比于TiO_(2)/MnS、TiO_(2)/CdS和TiO_(2)/ZnS异质结,TiO_(2)/CuS异质结(TiO_(2)和CuS的摩尔比为3∶1)对甲基橙的降解效果最佳,降解效率能达到97.3%。为提高半导体的光催化活性提供了一条可行的路径。

花状Cu_2O/Cu的水热合成及其光催化性能

以硝酸铜为前驱体,不采用任何模板,通过逐步水热法合成了花状Cu2O/Cu复合纳米材料.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对样品进行表征.结果表明,花状纳米Cu2O/Cu材料是由长为300-500nm,宽为30-70nm的带状花瓣构成,在可见光区域有很强的吸收.复合材料中Cu的含量可以通过反应时间进行调控.对染料Procion Red MX-5B(PR)的可见光催化降解,Cu能明显提高Cu2O的光催化性能.当Cu质量分数为27%-71%时,复合材料Cu2O/Cu的催化活性明显高于单相Cu2O.与立方体形貌的Cu2O/Cu复合材料相比,花状纳米Cu2O/Cu复合材料对染料PR有更高的催化降解性能.且该复合材料有较高的循环回收利用率.

TiO_2纳米管阵列负载不同形貌Cu_2O薄膜的制备及光电性能研究

本论文采用阳极氧化法在金属钛基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜,然后采用脉冲电流法在TiO2纳米管阵列上沉积Cu2O,从而制备出Cu2O-TiO2纳米管阵列异质结复合薄膜。借助X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,详细探讨了Cu2O沉积过程中电解液的不同扰动方式(静止、磁力搅拌和超声搅拌)对复合薄膜物相和形貌的影响。实验结果表明电解液的扰动方式会影响Cu2O沉积过程中的离子扩散和微区化学环境,从而影响Cu2O的形貌。通过漫反射紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流性能测试可知所制备的负载Cu2O型TiO2纳米管阵列薄膜具有显著的可见光响应效应。

花状Cu_2O/Cu复合材料的光催化性能

不采用任何模板,利用原位逐步水热方法一次性合成了花状Cu2O/Cu复合材料.采用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和自动吸附仪对样品的相结构、形貌和比表面积进行了表征.以偶氮染料Procion Red MX-5B为探针分子,对复合催化剂进行了可见光催化表征.结果表明该复合催化剂中的Cu和Cu2O之间存在相互作用,其催化活性远高于单相Cu2O和商用P25粉末,有望成为污水治理的新型材料.

复合光催化剂Cu_2(OH)PO_4/Ni(OH)_2的制备及其光催化性能

采用水热合成法在Cu2(OH)PO4表面原位沉积Ni(OH)2,制备异质结型的复合光催化剂Cu2(OH)PO4/Ni(OH)2;利用X线粉末衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis-DRS)和扫描电子显微镜(SEM)等,对其相结构、光吸收性能和微观形貌进行表征.结果表明:该复合光催化剂具有良好的紫外光吸收特性,是一类新型的光催化剂.复合光催化剂在紫外光下可以有效降解亚甲基蓝(MB)溶液,当Cu2(OH)PO4与Ni(OH)2的摩尔比为0.2时,Cu2(OH)PO4/Ni(OH)2具有最大催化活性.根据光催化中加入不同活性物种牺牲剂的实验,推测该异质结型材料光催化过程中光生载流子的传输方向及活性物种.Cu2(OH)PO4/Ni(OH)2的催化活性增强主要归结为复合时在两者之间形成有效的异质结,结区的内建电场能够促进光生载流子的分离,同时·OH和h+在光催化降解过程中是主要的活性物种.