氧化亚铜新型薄膜太阳能电池的制备与研发

太阳能电池的研发与普及可解决快速增长的能源需求及日益恶化的环境等问题。开发新材料是解决太阳能电池研发核心问题－提高转换效率/成本比的重要途径之一。氧化亚铜作为光伏材料具有原材料丰富，高效率，低成本，及直接能带结构等优势。目前氧化亚铜太阳能电池均基于p-n异质结，使得太阳能电池的转换效率偏低。因此本项目研究如何利用电化学方法有效控制氧化亚铜薄膜中的点缺陷，从而控制氧化亚铜的导电类型以制备n型与p型氧化亚铜。研究如何利用生长条件控制氧化亚铜晶体的物理性能（薄膜晶体取向，薄膜晶粒尺寸）与电学性能（载流子浓度，导电率）。制备基于氧化亚铜p-n同质结的太阳能电池并测试其转换效率。氧化亚铜p-n同质结太阳能电池的研发不仅能填补国内外太阳能电池研发空白，而且低成本高效率的优点可大力推动民用太阳能电池的发展，具有重要的科研意义并能带来极为可观的经济效益。

本项目于2009年9月立项，自2010年1月开始至2012年12月结束。项目基本按照申请书中的年度研究计划执行，共发表SCI收录论文4篇，申请国家发明专利三项，其中获得授权发明专利一项，培养研究生3名。. 首先，为了更深入的理解氧化亚铜晶体的生长规律，便于更好的控制氧化亚铜薄膜的性质，利用水热法研究氧化亚铜晶体的生长规律。通过控制水热法的各种生长条件，如溶液的pH值，有机添加剂等，来控制氧化亚铜晶体不同晶面的生长速度，达到控制氧化亚铜晶体外部形貌及晶体取向的目的，从而进一步了解氧化亚铜晶体生长的规律与机理，为之后的工作打下坚实基础。. 通过调节溶液的pH值，实现了对氧化亚铜薄膜的晶向控制，随着溶液pH值的升高，氧化亚铜薄膜的晶向从（100）向（111）转换。.为了进一步改善氧化亚铜薄膜的晶体质量，改进了氧化亚铜薄膜的热处理工艺。为了避免薄膜表面有机物的碳化，首先对n型与p型氧化亚铜薄膜进行除碳，然后再进行热处理等后续处理过程，实验结果表明热处理可以优化氧化亚铜薄膜的某些电学性能，为后期的电池制备打下了坚实基础。. 通过对不同金属与n型与p型氧化亚铜薄膜的电流-电压性能研究，确定能够与n型与p型氧化亚铜薄膜形成欧姆接触的金属并研究相关电学性能。利用电化学多步沉积法制备了氧化亚铜p-n同质结，并利用电流-电压性能测试等手段研究氧化亚铜p-n同质结的相关性能。. 通过电化学多步沉积法在铜衬底上先沉积p型氧化亚铜，然后再沉积n型氧化亚铜，在n型氧化亚铜表面制备铝电极，制备简单的氧化亚铜p-n同质结太阳电池，并测试其性能。但是测试结果表明，所制备电池基本没有光电转换，主要可能的原因是：首先，制备的氧化亚铜薄膜的电学性能较差；其次，氧化亚铜薄膜为多晶，存在众多的晶界，尤其是n型氧化亚铜薄膜的晶粒尺寸更小，使得光生载流子在传输过程中在晶界处发生复合。具体的原因仍在调查研究中。