電化學(xué)沉積制備ZnO、Cu2O薄膜的結(jié)構(gòu)表征及其光電性能研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶的n型氧化物半導(dǎo)體，具有優(yōu)異的壓電、催化和光學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于太陽能電池、傳感器、場發(fā)射顯示器、電阻器以及透明電極等領(lǐng)域;另外，由于材料尺寸大小和形貌對各種器件的性能影響極大，因此通過可控的方式制備不同尺寸和形狀的ZnO材料具有重要的實(shí)際意義。同時，由于氧原子空位和間隙鋅原子的存在使得ZnO品格內(nèi)大量施主型本征缺陷的出現(xiàn)，導(dǎo)致制備p型ZnO困難重重，很難獲得ZnO的同質(zhì)p-n結(jié)。因此，本文選擇對ZnO異質(zhì)

2、結(jié)進(jìn)行研究，這對于實(shí)現(xiàn)ZnO在光電方面的應(yīng)用，尤其是在發(fā)光二極管和激光器的實(shí)際應(yīng)用具有十分重要的價值。
　　 Cu2O是一種典型的p型半導(dǎo)體材料，因其在可見光范圍的吸收系數(shù)和能量轉(zhuǎn)化率較高，已成為制備太陽能電池的潛在材料。選擇Cu2O作為制備ZnO異質(zhì)結(jié)的材料，一是利用Cu2O的窄禁帶寬度對可見光所具有的強(qiáng)烈的光響應(yīng)來改善ZnO薄膜對可見光的利用效率，從而使復(fù)合薄膜的光吸收范圍得到擴(kuò)展;二是由于ZnO與Cu2O界面處形成異質(zhì)結(jié)，

3、有利于提高光生電子和空穴的分離效率，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)提高薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率的目的。
　　 本論文采用電化學(xué)方法對不同條件下制備的ZnO薄膜及Cu2O/ZnO復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光電性能進(jìn)行了研究。主要結(jié)果如下:
　　 1、采用陰極還原法，以Zn(NO3)2水溶液為電解液，不添加任何表面活性劑等有機(jī)物質(zhì)，通過對沉積參數(shù)的調(diào)整，在透明導(dǎo)電玻璃ITO基底上脈沖沉積得到不同形態(tài)的ZnO薄膜。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子

4、顯微鏡(SEM)和紫外-可見分光光度計(jì)(UV-vis)等測試手段對其進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:ZnO薄膜的形貌可以通過調(diào)整Zn(NO3)2溶液的濃度、電流密度和溶液溫度進(jìn)行控制，制得的ZnO薄膜在紫外波段均具有較強(qiáng)的光吸收性能，且在室溫下表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng)。
　　 2、采用兩步電化學(xué)沉積法在導(dǎo)電玻璃基底上制備了Cu2O/ZnO復(fù)合薄膜，利用X-射線能譜、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、紫外-可見分光光度計(jì)、電化學(xué)工作站對其晶體結(jié)構(gòu)、形

5、貌和光電性質(zhì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明:室溫下電化學(xué)沉積可以較好實(shí)現(xiàn)片狀ZnO和納米顆粒Cu2O的復(fù)合，且顆粒狀的Cu2O主要沉積在片狀結(jié)構(gòu)的ZnO上。增加電流密度可以使Cu2O的顆粒變大、增多，而改變?nèi)芤簻囟瓤梢愿淖僀u2O晶體具有高表面能的晶面，從而使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。Cu2O/ZnO復(fù)合薄膜不僅有效地拓寬了可見光的吸收范圍，而且一定程度上提高了對紫外光的吸收強(qiáng)度;電流密度為0.1mA/cm2時，脈沖沉積Cu2O制備的Cu2O/ZnO復(fù)合薄膜