硕士论文-Cu2O纳米棒的工业制备方法与光伏应用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 原宏宇 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王焕华 |
| 关键词 | Cu2O 纳米棒 太阳电池 掠射角沉积 退火 |
| 学位专业 | 材料工程 |
| 中文摘要 | 近些年来，随着能源消耗的增长，空气污染和温室效应日益严重，人们越来越认识到清洁的可再生能源取代传统化石能源的重要性。而在各类新能源中，太阳能以其无穷无尽的来源和清洁无污染性质而备受关注。然而，目前Si基太阳电池制备过程的高能耗和CIGS、GaAs电池等的昂贵造价，以及其它各类太阳电池中如Cd、S等有毒元素的使用，都使太阳电池陷入争议之中，缺乏进一步发展的动力。因而，尽管理论效率只有20%，不及单晶硅和GaAs，Cu2O作为最早应用到太阳电池中的材料之一，因其原料丰富、制备简单、无毒性和自生p型半导体等优势，重新获得了人们的关注。 当前太阳电池技术的一个发展方向是利用纳米技术制作一维纳米棒径向pn结太阳电池。一维纳米材料因其大的比表面积、量子尺寸效应而在电学、光学、化学、磁学等方面呈现出独特的性能。尺寸、成分、分布和形貌可控的一维纳米材料不仅在太阳电池上有广阔的应用前景。而且在光催化、光电子器件、传感器等领域也有重要的应用前景。但要实现其光伏应用，目前还存在很多问题，其中关键问题之一是降低成本，实现大规模生产。 为了找到适合工业化生产的Cu2O纳米棒制备技术，本论文工作设计并研究了热蒸发掠射角沉积（TEGLAD）加后退火氧化处理的技术路线。掠射角沉积（GLAD）是一种利用阴影效应生长分离的一维纳米结构的物理气相沉积方法，它的工艺简单，真空度要求低，生长的纳米棒取向一致，可通过参数调整生长出各种形状的纳米结构，并适用于几乎所有的固体材料，适合于大规模的工业化生产，成本低廉，并且能够解决化学方法制备的纳米棒（线）的取向混乱的问题。 本文工作首先利用GLAD方法生长铜纳米棒，随后在管式炉中对铜纳米棒进行后退火处理，通过在不同条件下Cu纳米棒的生长和氧化实验，成功获得了Cu2O纳米棒薄膜，同时发现铜纳米棒薄膜不仅氧化速率比普通铜薄膜快很多，而且可以在各温度点保持单一的晶相组成，而传统的Cu薄膜在氧化中通常两个或多个晶相并存；要想保持纳米棒结构，退火时间就不可以太长。对样品的形貌、晶体结构、电学性能等分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜和霍尔效应测试等作了表征。 为了尝试其光伏应用，我们使用热蒸发加管式炉退火的方法，成功制备了n型SnO2薄膜。 基于p型Cu2O纳米棒、n型SnO2薄膜和FTO玻璃，我们利用GLAD、和管式炉退火，通过不同的沉积顺序和退火顺序，分别构造了Cu2O/FTO，Cu2O/SnO2/FTO，SnO2/CuO/FTO三种异质结结构。对这三种结构做形貌、成分、晶相的表征。随后蒸镀Al电极，获得了基本的太阳电池结构；使用AM1.5标准太阳光谱模拟器，测试了三种异质结的I-V特性曲线。 总之，本文研究了热蒸发掠角沉积加后退火氧化处理的技术，成功制备了Cu2O纳米棒，对其性能做了表征和优化，展示了该制备技术应用于Cu2O纳米棒工业生产的可行性；并使用所制备的Cu2O纳米棒阵列薄膜与SnO2薄膜组成异质结结构，对其在太阳电池中的应用做了初步尝试，为将来构建Cu2O径向结太阳电池、有机无机复合太阳电池和染料敏化电池提供了一种新的思路。 |
| 学科主题 | 材料工程 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210098]  |
| 专题 | 多学科研究中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 原宏宇. 硕士论文-Cu2O纳米棒的工业制备方法与光伏应用研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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