铜掺杂剂作为化学浴沉积n型FeSxOy的空穴增强剂在太阳能电池中的应用研究

本文推荐通过化学浴沉积（CBD）技术制备铜（Cu）掺杂铁硫氧化物（FeSxOy）薄膜，系统研究了Cu浓度（0-7.2 mM）对材料物理化学性质及光伏性能的影响。研究发现：Cu作为空穴增强剂（hole enhancer），当浓度≥2.4 mM时可实现n型（电子主导）向p型（空穴主导）转变，降低氧特征并形成表面花状团聚结构。p型Cu-FeSxOy/n型FeSxOy异质结在电流密度-电压（J-V）测试中表现出整流特性，为开发低成本无毒铁基太阳能电池提供了新思路。

　　

Highlight

铜（Cu）作为化学浴沉积n型FeS_xO_y的空穴增强剂用于太阳能电池

Material and methods

所有化学品购自Kanto Electronic Chemicals（M）Sdn. Bhd.（保证试剂GR级），除分析纯（AR级）五水合硫酸铜（CuSO₄·5H₂O，纯度97.16%）。CBD溶液包含50 ml去离子水、100 mM硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）、30 mM七水合硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O）、50 mM酒石酸（C₄H₆O₆）及1.2-7.2 mM CuSO₄·5H₂O。通过优化化学添加顺序（表1），选择产生透明无沉淀的溶液序列进行后续实验。

Results and discussion

• 形貌调控：Cu浓度升高导致表面形成花状团聚结构

• 组分演变：EDX显示Cu增加会降低氧含量，表明Cu部分取代晶格中的O

• 光电转换：Cu≥2.4 mM时实现n型向p型转变，空穴迁移率提升

• 异质结性能：p型Cu-FeS_xO_y/n型FeS_xO_y在J-V测试中展现整流特性

Conclusion

通过CBD在FTO基底上成功制备Cu掺杂FeS_xO_y薄膜。当Cu浓度≥2.4 mM时，材料从n型转变为p型半导体，并伴随光学带隙、表面形貌和组分变化。该研究为开发环境友好型铁基光伏器件提供了重要实验依据。