TiO2纳米材料良好的光电性能, 为其作为制备染料敏化太阳电池等新型太阳电池的光阳极材料提供了很好的应用基础。采用溶胶-凝胶法成功制备了Cu掺杂的TiO2纳米晶粉体, 并利用XRD、EDS、TEM以及荧光分光光度计对样品进行了表征, 研究了Cu掺杂对TiO2的物相类型、微观结构、晶粒尺寸以及光致发光性能的影响。结果表明, Cu掺杂使Cu2+取代Ti4+进入TiO2的晶格中, 在抑制TiO2晶粒生长的同时促进了TiO2的晶型转变, 但这种抑制和促进作用会随着Cu掺杂量的增加而减弱。3%(原子分数)的Cu掺杂能够有效增强TiO2对光生电子的捕获能力, 降低光生电子的复合速率, 优化其光电性能。

利用磁控溅射方法制备了引入Na或Cu元素前后Si/NiO异质结。实验结果表明, Na元素引入后的Si/NiO∶Na异质结的整流特性最佳。 此时, Si/NiO∶Na异质结光学透过率可以达到70%, 这可能是由于Si/NiO∶Na异质结的结晶质量较优、薄膜内缺陷少所致。Si/NiO∶Na异质结I-V曲线的拟合结果显示界面态状态也会影响其整流特性。 而Si/NiO和Si/NiO∶Cu异质结都没能获得较好的整流特性, 可能是薄膜内缺陷增多所致。这一结论得到了XRD、SEM、AFM和UV结果的支持。

采用电泳沉积法在FTO导电玻璃基片上制备Zn1-xCuxO薄膜, 并对其微观结构、光致发光谱、伏安特性、保持特性和转换电压分布进行探讨。PL谱表明, Cu掺杂在禁带中引入深受主能级, 降低氧空位浓度, 导致ZnO薄膜的紫外发光、蓝光发光和绿光发光峰强度降低。所得薄膜的晶粒细小、致密、均匀, 具有稳定的双极性阻变特性, 开关比Roff/Ron最高达到105, 其低阻态(LRS)和高阻态(HRS)的阻变机理分别符合欧姆定律和空间电荷限制传导理论。器件经100次循环测试后开关比无明显变化, 呈现出较为良好的抗疲劳特性。Cu掺杂对LRS影响不大, 但显著改善了HRS的分散性以及转换电压VSET的分散性。当Cu掺杂量x=0.04时, 器件表现出良好的综合性能: Roff≈106 Ω, Roff/Ron≈104, VSET介于0.4~3.03 V之间。

利用磁控溅射方法改变氧气含量制备了一系列NiO∶Cu/ZnO异质pn结。 实验结果表明，氧含量对NiO∶Cu/ZnO异质pn结电学影响很大。 相对于纯氩溅射，引入一定氧气(O2/(Ar+O2)比例为30%)后，NiO∶Cu/ZnO异质pn结的整流特性明显得到改善。与此同时，NiO∶Cu/ZnO异质pn结的光透过率也从40%增大到80%。这可能是由于氧气的轻量引入致使NiO∶Cu/ZnO异质pn结的结晶得到改善，薄膜内缺陷减少所致。进一步提高氧气含量，直到O2/(Ar+O2)比例至80%后，异质结的整流特性有所削弱，这可能是由于过多氧气的引入造成薄膜缺陷再次增多，进而影响到异质结的整流特性。这一结论得到了EDS、XRD、AFM和UV结果的支持。

利用脉冲激光沉积(PLD)在玻璃衬底上制备了Cu掺杂SnS薄膜。靶材是由SnS和Cu2S粉末混合压制而成(Cu和Sn的量比分别为0%、2.5%、5%、7.5%和10%)。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、Keithley 4200-SCS半导体参数分析仪研究了Cu掺杂量对SnS薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质和电学性能的影响。结果表明: 所制备的SnS薄膜样品沿(111)晶面择优取向生长,SnS∶5%Cu薄膜的结晶质量最好且具有SnS特征拉曼峰。随着Cu掺杂量的增大,平均颗粒尺寸逐渐增大。不同Cu掺杂量的薄膜在可见光范围内的吸收系数均为105 cm-1数量级。SnS∶5%Cu薄膜的禁带宽度Eg为2.23 eV,光暗电导率比值为2.59。同时,在玻璃衬底上制备了p-SnS∶Cu/n-ZnS异质结器件,器件在暗态及光照的条件下均有良好的整流特性,并具有较弱的光伏特性。

制备Cu掺杂的纳米SnO2/TiO2溶胶, 采用旋涂法在载玻片上镀膜, 经干燥、煅烧制得Cu掺杂的SnO2/TiO2薄膜, 通过对比实验探讨掺杂比例、条件、复合形式等对结构和性能的影响。采用XRD、SEM、EDS、UV-Vis等测试手段对样品进行表征, 并以甲基橙为探针考察了其光催化降解性能。XRD测试结果显示薄膜的晶型为锐钛矿型, 结晶度较高。SEM谱图显示薄膜表面无明显开裂, 粒子分布均匀, 粒径约为20 nm。EDS测试结果表明薄膜材料中含有Cu元素, 谱形一致。UV-Vis吸收光谱表明Cu掺杂以及SnO2/TiO2的复合使得在近紫外区的光吸收比纯TiO2明显增强。光催化实验表明Cu掺杂后使得SnO2/TiO2复合薄膜对甲基橙的光催化降解效率进一步提高, SnO2/TiO2复合薄膜的光催化活性在10%Cu掺杂时达到最高。

采用平面波超软赝势密度泛函理论计算方法研究了p型Cu掺杂的纤锌矿结构氧化 物 ZnO 的电子结构,在此基础上分析了其电输运性能。计算结果表明, Cu掺杂ZnO氧化物具 有0.6 eV的直接带隙,且为p型半导体,在导带和价带中都出现了由Cu电子能级形成的能带, 体系费米能级附近的能带主要由Cu p态、Cu d态和O p态电子构成,且他们之间存在着强相互作用。 电输运性能分析结果表明, Cu掺杂的ZnO氧化物价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子 有效质量较小;其载流子输运主要由Cu p态、Cu d态、O p态电子完成,且需要载流子(空穴和电子)跃 迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小。

利用CuO作为前驱体对ZnO进行了Cu掺杂研究, 分别在不同温度下获得了ZnO纳米带及有纳米带构成的微米花状结构, 对其生长机理进行了分析。并且以Cu片为衬底获得了ZnO的纳米梳以及有纳米梳构成的多层结构ZnO。XRD表明产物中只有ZnO单质相的存在, EDS证明产物中存在Cu元素。ZnO室温下的PL谱表明其UV与深能级发射强度比随Cu掺杂量的增加而变大, 说明Cu的掺杂能够降低ZnO的缺陷峰强度。

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在n型Si(100)衬底上制备(Li, Cu)掺杂ZnO薄膜, 研究了室温下薄膜的结构、形貌和光致发光性能。研究结果表明, 随着Li掺杂浓度的增加, 可见光发光强度增加, 可见光发射可能是源于单电离氧空位到价带顶以及单电离氧空位到Li替位Zn(LiZn)受主跃迁的双重作用。与此类似, Cu掺杂ZnO薄膜黄绿光部分可能是源于单电离氧空位到价带顶以及单电离氧空位到Cu替位Zn(CuZn)受主跃迁的双重作用。随着Cu掺杂量的增加, 单电离氧空位到Cu替位Zn(CuZn)受主的跃迁起主导作用。