TiO_2-Cu_2O异质结太阳能电池的制备与表征

【摘要】：随着全球经济的快速发展,能源的短缺与需求日趋严重,伴随着环境的污染阻碍了社会经济的发展。全球把目光投向了可再生能源,例如风能、水能、潮汐能、核能以及太阳能成为解决能源危机和环境的焦点。其中太阳能是用之不竭,取之不尽；并且很安全,利用成本低,不受环境的限制,将太阳能直接转换为热能和电能,造福了全人类并一直是21世纪最有潜力的能源。人们进行了大量的基础实验来提高太阳能电池的光电转换效率。其中二氧化钛TiO2作为良好的光催化材料有着广泛的应用。另一方面,氧化亚铜Cu2O半导体在最近又得到了学术界很大的关注。而由两者结合的异质结在太阳能电池应用方面有很大潜力。本文主要采用水热方法和电化学沉积法得到了一系列的n-TiO2/p-Cu2O异质结。并且研究了它们的结构,成分,光学,电学等基本性质。具体内容如下： (1)研究水热合成法制备TiO2纳米棒阵列工艺,并通过电化学沉积法制备Cu2O薄膜形成TiO2-Cu2O异质结。 (2)研究在Cu2O薄膜厚度变化情况下对TiO2-Cu2O异质结光电流的影响。得到在电化学沉积时间为720秒,厚度约为500纳米时光电流最大2.43mA/cm2,光电转化效率可达0.63%。并且得出随着Cu2O沉积量的增加,光电流和光电转换效率有所减小。 (3)研究在TiO2含量变化对TiO2-Cu2O异质结影响的研究。包括：前驱反应物钛酸四酊脂的浓度和TiO2长度的影响作用。我们得到两组实验数据表明了酸四酊脂的浓度最佳值0.08ml,随着钛酸四酊脂的浓度增加,TiO2纳米棒阵列越密集,光电流和光电转换效率有所减小。而另一方面,二氧化钛纳米棒的长度约为800nm.条件下有较大的光电流和光电转换效。并且随着TiO2纳米棒长度增加有所减小 (4)初步研究了ZnO-Cu2O异质结的光电化学性能。与TiO2相比较而言,ZnO与TiO2同为n型半导体,然而在光电化学性能上有差异,其光电流可达1.64mA/cm2光电转化效率可达0.45%. 【关键词】：异质结 TiO_2 Cu_2O 水热法 电化学沉积法 光电流 光电转化效率 太阳能电池
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 太阳能电池的研究背景10-11
• 1.2 太阳能电池的发展11-12
• 1.3 太阳能电池的分类及应用12
• 1.4 背景知识12-13
• 1.5 实验用到的制备方法13-15
• 1.6 选题背景及意义15-16
• 1.7 实验制备和表征手段16-20
• 1.8 研究内容20-21
• 第二章 Cu_2O含量变化对TiO_2-Cu_2O异质结影响的研究21-32
• 2.1 实验方案的制定21
• 2.2 实验所用药品介绍21-22
• 2.3 实验步骤22-23
• 2.4 结构分析23-25
• 2.5 磁控溅射法制备纳米Cu_2O薄膜25-27
• 2.6 电极的制备27-28
• 2.7 紫外可见光光谱分析28
• 2.8 光电化学性能测试研究28-31
• 2.10 本章小结31-32
• 第三章 制备工艺参数对TiO_2纳米棒阵列的形貌影响32-39
• 3.1 当前驱反应物浓度变化时32-33
• 3.2 光电化学性能测试研究33-35
• 3.3 Ti0_2长度变化对异质结的影响35-36
• 3.4 光电化学性能测试研究36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 ZnO-Cu_2O异质结研究39-42
• 4.1 引言39
• 4.2 样品制备39-40
• 4.3 晶体结构分析40
• 4.4 光电化学性能测试分析40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 结论42-44
• 参考文献44-48
• 附录48-49
• 致谢49

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