超声喷雾热解法研究ZnO-CuO复合薄膜的电学和光学性能
透明导电氧化物（TCO）是太阳能电池、光电探测器等光电器件的核心材料，传统铟锡氧化物（ITO）因铟储量稀少、成本高昂限制大规模应用，储量丰富、无毒环保的氧化锌与氧化铜成为替代研究热点。ZnO 为宽禁带 n 型半导体，可见光透过率优异；CuO 是窄禁带 p 型半导体，可见光吸收能力强，二者复合形成异质结可优化载流子分离效率，实现光电性能协同调控。本文采用工艺简单、可大面积制备的超声喷雾热解法（USP）制备 ZnO-CuO 复合薄膜，系统探究铜掺杂量对薄膜结构、导电与光学性能的影响。
实验先通过溶胶 – 凝胶旋涂法在玻璃基底制备 ZnO 籽晶层，再利用超声喷雾热解工艺分别制备纯 ZnO、纯 CuO、ZnO-0.5CuO 与 ZnO-1.0CuO 复合薄膜。物相测试结果显示，复合薄膜同时保留 ZnO 六方纤锌矿特征峰与 CuO 特征衍射峰，ZnO 仍保持（002）择优取向，证实 ZnO-CuO 异质结构成功生成；随着 CuO 掺杂比例提升，薄膜晶粒尺寸减小、晶格应变增大，晶体缺陷带来的散射效应随之增强。微观形貌观测表明，CuO 纳米颗粒均匀附着在 ZnO 纳米棒表面，形成点覆棒的特殊复合结构。
电学测试结果表明，薄膜电导率随铜含量提升持续提高，纯 CuO 薄膜导电性能最优；两组复合样品中，ZnO-1.0CuO 电导率高于 ZnO-0.5CuO。光学性能测试显示，CuO 掺杂可有效调节薄膜禁带宽度，纯 ZnO 光学带隙为 3.23 eV，当 CuO 掺杂量提升至 1.0 比例时，带隙窄化至 3.11 eV。带隙降低拓宽了薄膜光吸收范围，同时所有复合薄膜均维持较高可见光透过率，契合透明导电材料使用需求。
现有研究多采用水热、溶胶凝胶等工艺制备 ZnO-CuO 复合材料，存在设备复杂、难以量产等缺陷，而超声喷雾热解可精准调控掺杂浓度与膜厚，具备工业化应用潜力。本研究弥补了 USP 法制备 ZnO-CuO 薄膜光电性能系统性研究的空白。
综上，超声喷雾热解法可稳定制备结构均匀的 ZnO-CuO 异质薄膜，铜掺杂能够同步提升薄膜导电能力、窄化光学带隙，且薄膜透光性能良好。该复合薄膜凭借可调的光电特性，在透明导电器件、光催化、气体传感等领域具备广阔应用前景，为低成本、可持续型 TCO 材料开发提供新思路。
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