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《浙江理工大学》 2010年
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氧化物半导体的湿化学法制备

贾红  
【摘要】: 太阳能作为用之不尽的清洁能源,是解决目前能源危机和环境问题最为有效的途径之一。太阳能电池材料中,高纯硅材料具有生产成本高,能耗高,高污染排放等缺点;硫化镉、碲化镉有剧毒,会对环境造成严重污染;铜铟硒薄膜电池又因为铟与硒都是稀缺元素,从而限制了其大规模的生产与应用。开发新型的太阳能电池材料也是形势所需。而氧化亚铜与氧化锌做为氧化物半导体,具有原材料丰富、成本低、直接能带结构及理论转换效率高等优点,具有应用于太阳能电池的巨大潜力。本文在对氧化亚铜和氧化锌的研究现状熟悉的基础上,通过对氧化亚铜和氧化锌的生长条件的改变,控制氧化亚铜和氧化锌的表面形貌和晶体取向,探索它们的生长机理,研究它们的性能,以实现其形貌可控性,性能可调性。本文通过电化学法和水热法制备氧化亚铜或氧化锌的样品,通过对其结构性能进行表征和分析。研究表明: 1.氧化亚铜不同晶面的氧离子浓度不同,通过控制电解溶液的pH值可以控制氧化亚铜薄膜的形貌和晶体取向。随pH值增大,氧化亚铜晶体生长取向由(100)向(111)转变,形貌由四面金字塔型向三面金字塔型过渡;电容-电压测试表明,氧化亚铜的电学性质随晶体取向的变化而有明显变化:平带电压的从0.157 V降低到-0.331 V;其载流子浓度从2.8×10~(18) cm~(-3)到5.5×1018 cm~(-3)。光学测试表明,氧化亚铜为直接能带结构的氧化物半导体,禁带宽度约为2.06 eV。 2.因为氧化亚铜不同晶面的氧离子浓度不同,通过控制水热溶液的pH值及加入有机添加剂来影响氧化亚铜晶体不同晶面的生长速率,成功的制备出具有不同形貌结构的氧化亚铜。实验结果表明,随着pH值的升高,氧化亚铜的晶体生长取向由(100)向(111)转变,形貌从枝状向立方体转变。结合氧化亚铜晶体结构的特点,给出氧化亚铜晶体生长的合理解释。 3.利用水热法制备氧化锌晶体,实验结果表明,氧化锌晶体的形貌随溶液的pH值也会发生变化,但是未发现明显的规律性,需要进一步深入研究。
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