摘要:Cu2O是无毒、丰富、价廉的直接禁带半导体,禁带宽度约为1.9-2.1eV,接近理论上所要求的中间带半导体带隙最佳值1.93 eV(理论效率63%).在Cu2O材料中引入中间带,可充分吸收能量低于其带隙的光子,扩展长波方向的光吸收,对提高电池的转换效率具有重要意义.本文利用第一性原理(GGA+U)计算了纯Cu2O及N,Cl,Zn,Co等掺杂后材料的能带图、态密度、光学性质等.通过引入Hubbard参数U,对Cu2O的电子结构进行了修正,克服了传统的DFT理论对过渡金属氧化物等强关联体系在金属/绝缘体的定性判断上的失误以及带隙的低估问题.计算发现Cu2O的Eg与U值基本呈线性关系.当Cu3d Ud=8.5,O2p UP=8时Eg=2.04eV,与实验值2.1 eV较吻合,且晶格常数、键长基本无变化.掺杂计算结果表明氮是p型杂质,氯是n型杂质,而重掺Zn和Co可能会在Cu2O中形成中间带.实验上通过三步热氧化法,制备了高质量的单相氧化亚铜材料.SEM显示样品表面光滑,晶粒尺寸可达100μm.紫外-可见光分光光度计测试表明样品的吸收边位于620nm处,对应禁带宽度Eg=2.0eV.室温下迁移率为87.7cm2/(V.S),电阻率为1070Ωcm.采用离子注入和脉冲激光熔融(PLM)结合的方式,实现了过渡族金属元素(Ti、Fe、Co、Ni、Zn、Mn等)及卤族元素在Cu2O中的高浓度掺杂,系统研究了掺杂后材料的电输运及光电特性.