Cu2O同质结外延薄膜的电沉积制备及其光电性能研究

Cuprous oxide(Cu2O)is an attractive solar cell active materials due to its direct band gap around 2.0 eV and high absorption coefficient,combined with materials abundance,nontotoxicity and low cost fabrication. The theoretical efficiency for Cu2O is about 20%. However,the current actural highest conversion efficiency is pretty low due to high resistivity and polycrystal structure of the Cu2O thin films. The proposed project will develop low cost epitaxial electrodeposition method to fabricate nontoxic,stable and high efficient p-Cu2O/n-Cu2O epitaxial homojunction thin films. We will systematicly study and optimize the cation and anion dopants on increasing of optical absorption and electric conductivity of electrodeposited Cu2O thin films and try to understand their underneath mechanism. We will also systematicly explore and optimize the solution conditions and electrochemical conditions on growth of the high quality epitaxial homojunction interface structure and try to understand underneath mechanism of these effects. We will also try to build the relationship between the homogeneous epitaxial structure and conversion efficiency. The result of the proposed project will new principle for fabrication of the nontoxic,high efficient and low cost oxide thin film solar cell and push the development of the high efficient new generation solar cell.

来源丰富及直接带隙约2.0 eV的Cu2O半导体材料可作为太阳能电池吸收材料，理论上太阳能转化效率可达20%。 但因为Cu2O薄膜的高电阻及多晶结构，其实际转化效率仍较低。 本项目将研究发展低成本的外延电沉积方法制备p-Cu2O/n-Cu2O同质结外延单晶薄膜,以期提高其太阳能转化效率。 我们将系统研究阳离子或阴离子掺杂对Cu2O半导体薄膜的导电性能及光吸收性能的影响，理解其控制规律和内在机理，优化条件，提高其导电性和光吸收率。 系统研究溶液和电化学条件对外延薄膜表面和界面结构的影响及内在机制，优化条件，获得高质量的同质结外延薄膜。 研究建立同质结外延薄膜的表面/界面结构和太阳能转化效率的关系。 通过本项目的研究将为制备无毒、高效率及低成本的氧化物薄膜太阳能电池提供新原理和工作基础，促进太阳能电池研究领域的发展。

来源丰富及直接带隙约2.0 eV的Cu2O半导体材料可作为太阳能电池吸收材料，理论上太阳能转化效率可达20%。但因为Cu2O薄膜的高电阻及多晶结构，其实际转化效率仍较低。本项目围绕发展无毒、高效率及低成本的p-Cu2O/n-Cu2O同质结外延薄膜太阳能电池的研究目标, 针对Cu2O薄膜的稳定性差及高电阻等关键问题, 通过对Cu2O表界面的修饰,有效地提高Cu2O薄膜电极的稳定性及光电转化效率, 并利用离子掺杂提高了氧化铜的导电性能。在项目执行期间取得了以下若干进展: (1) 研究了I-离子对Cu2O表面和界面结构的影响及内在机制，发现表面形成的CuI薄层能有效抑制Cu2O表面CuO的形成，从而显著提高了Cu2O电极的光电转化效率，通过光生电势随时间的演化曲线及电化学阻抗谱和M-S等方法研究了光电转化效率提高的机理。(2) 研究了离子掺杂对氧化铜半导体薄膜的导电性能的影响，发展了阳极氧化电沉积方法得到了Ag+离子掺杂的氧化铜薄膜，获得了具有高导电性和低带隙的AgCuO2纳米片阵列结构。通过发展电沉积法制备了具有能量上/下转化性能的稀土掺杂薄膜, 拓宽了薄膜的光吸收范围。 利用稀土离子，特别是Eu3+离子作为结构探针，探索了电沉积电位对电沉积薄膜的组成和结构的影响。(3) 建立了电沉积制备Cu2O外延薄膜的方法。