p型Cu2O薄膜的δ掺杂及其异质结特性研究

In this work, p type Cu2O films δ doping and heterojunction properties research is proposed. To improve the Cu2O films crystal quality , enhance the electrical characteristics and to construct Cu2O heterojunction nano core-shell structure are our research objectives. The Cu2O films are deposited by Plasma Enhanced Atom Layer Deposition (PEALD). During δdoping mode, the hole concentration and carrier mobility are improved. In addition, by the crystal structure, electrical and optical investigation, we discuss the influence of growth conditions on the properites of Cu2O. Using the advantages of nanostrucutres, Cu2O/ZnO hetero-core/shell structures are proposed. From the photo-electric conversion efficiency test, the influence of the modified Cu2O films will be discussed( Optimization of physical properties of Cu2O films ). The research can improve the permormance of Cu2O materials in the application of the solar cells..

本研究项目将开展“p型Cu2O薄膜的δ掺杂及其异质结光伏特性研究”。以改善Cu2O薄膜质量，提升电学特性和构建Cu2O异质结纳米核壳结构材料体系为研究目标。采用等离子体增强原子层沉积系统(PEALD), 开展高质量Cu2O薄膜制备及物性研究工作。以δ掺杂方式制备N掺杂p型Cu2O薄膜，有效调节Cu2O空穴浓度和迁移率，提高Cu2O的p型电学特性。开展晶体结构、电学光学表征研究，系统分析生长条件对薄膜物性的影响。构建Cu2O/ZnO异质结纳米核壳结构，利用纳米结构的优势, 提高原型器件性能。通过对该结构进行光电转换效率测试分析，验证Cu2O薄膜改性 (即采用原子层沉积方法优化Cu2O薄膜物性) 对其异质结光电器件的影响。为该材料体系在太阳能电池领域的进一步应用奠定研究基础。

Cu2O、ZnO等宽禁带半导体具有优异和独特的物理特性，是重要的第三代半导体材料。建立有效的能带结构调控的方法；揭示载流子的注入、传输和复合的规律和机制；设计和构建新原理的光电器件等是实现宽禁带半导体带流子的有效利用和功能多样化，发展新型光电子器件，推动第三代半导体材料应用和发展的关键科学问题和难点。.本研究项目，针对Cu2O薄膜载流子浓度低，迁移率差等问题，利用ALD方式实现δ掺杂的N掺杂Cu2O薄膜，提高材料的电学特性。在此基础上，构建宽带隙半导体材料的纳米核壳异质结材料与器件。重点研究核壳结构界面特性，分析界面变化对材料光学和电学特性的影响。研究发现在核壳结构界面处，界面原子波动将引入束缚态能级，其可以提高宽带隙半导体材料及器件性能。利用束缚态载流子增强低维纳米结构光电子器件，有效抑制由ZnO等宽带隙纳米结构表面态高所引发的载流子的非辐射复合过程，并延长载流子寿命，从而提高低维纳米结构的紫外光响应特性；通过束缚态能级的引入解决异质结发光器件中由载流子迁移率不同所引起的发光波长调控难的问题。上述科学发现打破常规研究中，以消除或抑制半导体材料中束缚态来实现器件性能优化的传统思路。在我们的研究中通过对束缚态的控制，成功操控载流子注入、迁移和复合过程，显著提升了宽带隙纳米结构发光和光探测器的器件性能，并为发展新型宽带隙光电子器件研究开辟了新途径和思路。研究工作引起美国科技媒体的关注，以“New Zinc Oxide Nanotechnology Data”即“新的氧化锌纳米技术数据”和“New Zinc Oxide Nanotechnology Study Findings”即“ZnO纳米技术的新进展”进行专题报道。本项目执行期间，共发表SCI学术论文8篇，申报国家发明专利3项。