射頻磁控濺射法制備P型Cu2O薄膜與性能研究.pdf

1、Cu2O是一種原料資源豐富、安全、無(wú)污染的p型半導(dǎo)體材料，除了在光催化、防腐等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用外，在薄膜太陽(yáng)能電池上也具有一定的應(yīng)用前景，同時(shí)其成本優(yōu)勢(shì)非常明顯。
　　本文綜合介紹了Cu2O薄膜的基本特性、制備工藝方法及其在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用。首先，采用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢(shì)平面波方法，對(duì)Cu2O摻雜前后的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)及其態(tài)密度等進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算研究。其次，在理論分析基礎(chǔ)上采用射頻反應(yīng)磁控濺射法以及摻氮工藝研究氧氣

2、流量和氮?dú)饬髁繉?duì)Cu2O薄膜性能的影響。最終，在Si、FTO以及AZO三種襯底上制備p型Cu2O薄膜異質(zhì)結(jié)，對(duì)其在薄膜太陽(yáng)能電池上應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析。
　　結(jié)果表明，理想的Cu2O離子性強(qiáng)于共價(jià)性，是一種離子鍵與共價(jià)鍵混合的金屬氧化物半導(dǎo)體材料，其G點(diǎn)處的直接能隙為0.483eV。N摻雜后形成淺受主能級(jí)，能隙增大到0.536eV。從理論上對(duì)N摻雜制備p型Cu2O的可行性進(jìn)行了初步論證。
　　射頻反應(yīng)磁控濺射制備Cu氧化物薄

3、膜的成分嚴(yán)重依賴于氧氣流量，隨著氧氣流量的增加，樣品分別主要由Cu、Cu2O和CuO構(gòu)成。當(dāng)氧氣流量為4.2sccm時(shí)，制備得到結(jié)晶性能優(yōu)良的Cu2O薄膜并具有較高的表面平整度和光學(xué)透過(guò)性。通過(guò)控制氮氧比率為0.6，薄膜的空穴濃度從未摻雜時(shí)的2.0×1016cm-3增大到2.2×1019cm-3，薄膜的實(shí)際禁帶寬度從2.29eV增大到2.47eV，薄膜中N原子的比例達(dá)到3.41％。Cu2O與AZO之間以(111)Cu2O//(002)Z