CuO

基本信息

其他名称：

  • copper (ii) oxide（氧化铜）
  • cupric oxide（氧化铜）
  • black copper （黑铜）
  • Tenorite（黑铜矿） – 以意大利那不勒斯大学的意大利植物学家 Michele Tenore 教授命名 [1]

CuO 是一种次生铜矿物，一种稀土金属，是最稳定的氧化铜形式

发现于热液铜矿床的氧化带，是一种火山升华物[1]

CuO是p型半导体

晶体结构

X射线衍射数据 1:

X-RAY WAVELENGTH:     1.541838

      MAX. ABS. INTENSITY / VOLUME**2:      94.00384821   

2θ Intensity D-Spacing H K L Multiplicity
32.72 5.84 2.7372 1 1 0 4
35.64 30.43 2.5191 0 0 2 2
35.76 80.26 2.5108 -1 1 1 4
38.96 100 2.3118 1 1 1 4
39.26 23.3 2.2947 2 0 0 2
46.54 1.59 1.9516 -1 1 2 4
49.1 28.24 1.8553 -2 0 2 2
51.67 1.03 1.769 1 1 2 4
53.76 11.47 1.705 0 2 0 2
58.72 14.81 1.5724 2 0 2 2
61.92 20.59 1.4986 -1 1 3 4
66.18 16.04 1.412 0 2 2 4
66.8 15.56 1.4004 -3 1 1 4
68.34 9.91 1.3726 1 1 3 4
68.57 14.08 1.3686 2 2 0 4
73.01 7.87 1.296 3 1 1 4
75.48 5.82 1.2596 0 0 4 2
75.77 6.97 1.2554 -2 2 2 4
80.76 2.32 1.1899 -2 0 4 2
83.06 5.17 1.1628 -3 1 3 4
83.66 5.08 1.1559 2 2 2 4
84.43 4 1.1474 4 0 0 2

 

不同温度下沉积和退火的氧化铜薄膜的 XRD 图谱可从参考文献 2中找到。

CuO纳米颗粒（样品编号2）的X射线粉末衍射图（a）煅烧前，（b）煅烧后（PEG模板），（c）煅烧后（PVA模板）和（d）煅烧后（ PPG模板）可以从参考文献 3中找到。

光伏应用

CuO 已用于太阳能电池研究。滋贺大学在 FTO 基板上旋涂了 100 nm 厚的 CuO 层。结论是，形成更高质量的氧化铜薄膜可以提高未来氧化铜电池的效率。

FTO/CuO//Al异质结太阳能电池的结构图可以从参考文献 4中找到。

CuO(300°C)/(spin.)结构的太阳能电池的功率转换效率(ɳ)为1.5E-4%，填充因子(FF)为0.25，短路电流密度(JSC)为13μAcm ^-2 且开路电压 (VOC) 为 45mV。太阳能电池CuO(450°C)/(eva.)表现出类似的光伏性能。该表可以从参考文献 4中找到。

清迈大学研究了具有不同光电极的 ZnO 染料敏化太阳能电池（DSSCs），研究了 CuO 层作为势垒层对功率转换特性的影响。

ZnO/CuO层不同光电极的DSSC结构示意图可以从参考文献 5中找到。

半导体氧化物是硅基太阳能电池的有前途的替代品，因为它们具有高光吸收率并且由低成本材料组成。 6

潜在应用：光电导、光热、催化和气体传感器

CuO 已用于光电化学电池 7<>

CuO已被用作染料敏化太阳能电池 5的空穴传输层和势垒层、各种类型太阳能电池 8的活性层、太阳能选择性表面的无源层。

由于其高太阳光吸收率和低热发射率，它可以成为良好的选择性吸收层。

制备方法：喷涂、化学转化、化学光亮、蚀刻、电沉积、电子束蒸发、反应直流溅射和化学气相沉积

    25°C 100°C 200°C 300°C
  αs 0.73 0.73 0.73 0.73
CuO ε 0.040 0.038 0.044 0.052
300°C αs/ε 18.2 19.1 16.4 13.9
  αs 0.90 0.90 0.90 0.90
CuO ε 0.52 0.55 0.59 0.65
500°C αs/ε 1.73 1.63 1.51 1.39

[10] 镀金玻璃基板上沉积的CuO薄膜的太阳吸收率αs、热发射率ε和选择性αs/ε

在 500°C 制备的 CuO 薄膜显示出较小的选择性值，表明结晶良好的 CuO 薄膜不能用作太阳能选择性表面。

300 K 时的基本参数

Crystal Structure Monoclinic [11]
Group of Symmetry – C 2/c [11], [12]
Unit Cell Volume: V 80.63 ų  
Density 6.31 g/cm³  
Dielectric constant 18.1 [13]
Effective electron mass 0.4-0.95 9
  7.9 mo 9
Electron affinity 4.07 eV  
Lattice constants a= 4.652 Å
b= 3.410Å
c= 5.108 Å		 [11], [12]
Energy band-gap 1.35 eV 10

能带结构和载流子浓度

可以从参考文献 11中找到显示带隙：1.3 – 1.7 eV、黑色且可见光范围部分透明的图表。

温度依赖性：

在 125–365 K 温度范围内，以 ln(s) 与 10^3/T 绘制的电导率温度依赖性图，以 ln(σT1/2) 与 103/ 绘制的电导率温度依赖性图T可以从参考文献[17]中找到。

有效质量 12: 7.9 m0  

电气特性

可用数据有限

CuO具有反铁磁性

Mobility holes [18]:  0.1 cm2 V−1s−1
Electric dipole moment [19]: 4.500 .5 (Debye)

具有约 40 nm 厚 CuO 层的双层电池在黑暗和光照下（AM 1.5 100 mW cm−2 照明下）的器件电流密度电压 (J-V) 曲线图可从参考文献 7中找到。

CuO/薄膜在黑暗和 AM1.5 照明下测得的 J-V 特性图可从参考文献 4中找到。

光学特性

基本信息 [20]:

Type: Anisotropic
Anisotropism: Strong, blue to grey
Bireflectance: Strong
Color in reflected light: light gray with golden tint
Pleochromism: Weak
Comments: Distinct, light to dark brown
Absorption coefficient [21]: α=0

在不同温度下沉积和退火的氧化铜薄膜的光学透射率（T%）光谱图可以在参考文献13Serin2005中找到。

折射率：n=2.65498，消光系数：k=0可从参考文献[21]中找到。

热性能

Enthalpy of formation (298.15 K) [19]: 306.27 kJ/mol (Uncertainty: 41.8 kJ/mol)
Entropy (298.15 K) [19]: 234.62 J/mol*K
Integrated heat capacity (0-298.15 K) [19]: -9.75 kJ/mol
Heat capacity (298.15 K) [19]: 35.69 J/mol*K

不同沉积温度下n-Si晶圆上氧化铜薄膜的掠射角XRD图谱、不同沉积温度下氧化铜薄膜的Cu 2p X射线光电子能谱图以及铜的分光光度透射率图不同温度下沉积的氧化膜可以从参考文献 6中找到。

机械性能

Vibrational zero-point energy [19]: 320.1
Rotational Constants [19]: A: 0
B: .44454
C: .44454
Product of moments of inertia [19]: 37.92152 amu Å
6.29711E-39 gm cm²
Young’s modulus [23]: 81.6 GPa

参考

 
 
 
 
[11] O. Madelung, Semiconductors: Basic Data (Springer-Verlag, Germany, 1996) pg. 11
 
[12] Landolt-Börnstein, Numerical data and functional relationships in science and technology.
Semiconductors 17, (1983)
 
[13] K-Tek, “Dielectric Constants Chart”, Available at: <http://www.asiinstr.com/technical/
Dielectric%20Constants.htm>
 
[19] NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase 101, “Listing of experimental
data for CuO (Copper Monoxide)”. NIST (2011)Available at: http://cccbdb.nist.gov
 
[20] J. Ralph, I. Chau, mindat Available at: <http://mindat.org> (2012)
 
[21] M. Polyanskiy, Refractive Index Database Available at: <http://refractiveindexdatabase.info/?
group=CRYSTAL&material=CuO>(2008)
 
 
 
 

主要由犹他大学本科生 Jeff Provost 和 Carina Hahn 与 Mike Scarpulla 教授合作开发。 Caitlin Arndt、Christian Robert、Katie Furse、Jash Sayani 和 Liz Lund 也做出了贡献。这项工作得到了美国国家科学基金会材料世界网络计划奖 1008302 的全力支持。这些页面是一项正在进行的工作，我们征求世界各地知识渊博的各方的意见，以获取更准确或更多的信息。请联系 [email protected] 提出此类建议。