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氧化锌/氧化亚铜异质结太阳能电池的研究进展/冯云珠等
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氧化锌/氧化亚铜异质结太阳能电池的研究进展
冯云珠,董磊,于良民
(中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,青岛266100)
摘要因氧化亚铜(Cu2O)、氧化锌(ZnOの)能级和晶格匹配较好,近年来較多的研究者将两者复合制备异质结
太阳能电池。异质结的形成可提高光生电子-空穴对的分离效率,同时拓展复合结构的光响应范围,从而有效提高太
阳能电池性能。介绍了3类主流的ZnO/Cu2O异质结结构,分别阐述主要的进展,综述了异质结结构中Cu2O、ZnO
的制备方法以及制备条件对电池效率的影响,讨论了电池性能的改进措施并对 Zno/Cu2O异质结太阳能电池未来
的发展前景进行展望。
关键词异质结氧化亚锎氧化锌太阳能电池
中图分类号:TN36文献标识码:ADO:10.11896/.iss.-1005-023X.2015.015.004
Research Progress in Zinc Oxide/Cuprous Oxide Heterojunction Solar Cell
FENG Yunzhu, DONG Lei, YU Liangmin
(Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, Ocean
University of China, Qingdao 266100)
Abstract Much attention recently has been paid on p-n heterojunction solar cells fabricated with cuprous oxide
combined with zinc oxide owing to the advantage of favorable alignment of conductive band edges and lattice matching
The formation of heterojunctions can enhance the seperation of photoinduced electrons and holes, as well as the absor
ance of the light. This review compiles the main milestones reached during the last decades in the development of
Zno/Cu O heterojunction solar cells comprehensively. Different junction structures of these cells as planar and Zr
nanoarray based ones related to deposition sequences and synthesis methods are introduced separately, while photovol
taic property influence factors as well as improving methods are discussed. Considering the accomplishments achieved
in a relatively short period of time, it can be said that this kind of solar cell can be promisingly applied in clean energy
exploitation in the future, in spite of improvement of cell performance still in need.
Key words heterojunction, cuprous oxide, zinc oxide, solar cell
0引言
建立透明导电氧化物(TCO)/Cu2O异质pn结是个很
好的选择,目前已有大量相关的研究,而TCO多是基于
异质结光伏电池因成本低于传统硅基电池,光电转换效TiO2、ZnO、In2O)、 Cdo, Sn()2等。其中,ZnO/CuO和TiO2/
率较高,且制备工艺简单,成为太阳能电池研究的热点之Cu2O是两种研究最为广泛的异质结,制备工艺也最成熟
。其中,ZnO/Cu2O异质结电池因二者能级和晶格匹配度TiO2、ZnO均为直接带隙宽禁带半导体,在可见光区具有高
较高受到人们的重视2。CuO是窄禁带半导体,其禁带宽透光率,价格低廉,是极常用的n型半导体光电材料。但
度仅有1.9~2.38eV,能够直接利用占太阳光能量95%以上TO2禁帯之中存在大量的局域性的表面态能级,会東缚电子
的可见光,比单晶硅更具优势, Shockley- Queisser理论光电的迁移。而且,ZnO与CunO的晶格匹配度更好。因此,应用
转換效率可以达到20%。早期的Cu2O肖特基结电池因低ZnO取代低功函金属作为光电极,同时形成ZnO/Cu2O的p
功函金属对Cu2O的还原作用,其光-电转换效率较低且很难n异质结,在制备高效率太阳能电池领域极具发展潜力。如
提高们。建立pn结一直是光伏领域提高半导体材料光电图1所示,Cu2O导带位置高于Zn(O的导带位置,两者能级位
转换效率的重要手段,但Cu2O由于自补偿效应和所掺杂置匹配,Cu2O的光生电子能容易地迁移到ZnO导带,从而实
质的溶解度低?,很难通过掺杂得到nCuO,形成有效的pn现光生载流子的分离。
同质结来提高Cu2O的光-电转化效率。
近年来,ZnO/Cu2O异质结太阳能电池得到了广泛研究,
国家海洋公益性项目(201005028-2);国家科技支撑计划(2012BAB15B02);教育部博士点专项基金(20130132130001);国家自
然科学基金(51002219)
冯云珠:女,1990年生,硕士生,研究方向为氧化亚铜与氧化锌复合物的合成E-mail:dafeng@sina.com于良民:通讯作者,
男,1964年生,博士,教授,博士生导师,研究方向为环境友好型防污涂料Tel:0532-66781845 E-mail: Yuyan@ouc.edu,cn