ZnO納米柱結構的制備與改性及其在太陽能電池中的應用.pdf

1、化石能源的過度消耗帶來了嚴重的能源和環(huán)境問題，太陽能電池作為可再生清潔能源可將太陽能直接轉化為電能，從而成為人們關注的焦點。在太陽能結構中，電子傳輸層具有非常重要的作用，收集光吸收層產生的光生電子并將電子傳輸?shù)綄щ婋姌O，對器件的光電轉化效率有直接影響。近年來研究較多的電子傳輸層材料是多孔納米TiO2顆粒，而ZnO具有高穩(wěn)定性，優(yōu)異的光電性能，良好的形貌可控性等優(yōu)點而可以作為取代TiO2的材料。同時，ZnO的電子遷移率高且易于制備成一維納

2、米柱結構，可用作太陽能電池的電子傳輸層。因此，對ZnO納米結構的研究成為人們優(yōu)化太陽能電池結構的熱點之一。本文對應用太陽能電池的ZnO納米柱的制備工藝進行探討，在優(yōu)化工藝條件下制備得到形貌整齊、尺寸均勻的ZnO納米柱陣列，在ZnO納米柱陣列基礎上，制備了ZnO∶Al陣列和ZnO/ZnMgO納米結構，分別作為電子傳輸層材料組裝太陽能電池器件，并對ZnO納米柱及優(yōu)化結構和電池器件進行表征和分析。得到的主要結果如下:
　?、?ZnO納米

3、柱和納米管陣列的制備及光電性能表征
　　采用水浴法在ZnO種子層上生長ZnO納米柱陣列，從種子液濃度、種子膜層數(shù)、生長液濃度、生長時間以及生長液是否添加PEI對ZnO納米柱形貌的影響進行了研究，得出0.2 mol/L的種子液、種子膜層數(shù)為5層時得到的ZnO種子層在不添加PEI、生長液濃度為0.02 mol/L、生長3h時能夠獲得整齊的ZnO納米柱陣列，納米柱沿c軸取向生長，尺寸均勻，直徑約150nm。采用二次水浴生長的方式刻蝕得到

4、ZnO納米管，二次水浴溫度為50℃、水浴時間為三小時時形成了中空的納米管結構，管壁較薄約為20 nm。
　　采用兩步法制備結構為Ag/P3HT/CH3NH3PbI3/ZnO/FTO的鈣鈦礦太陽能電池器件。通過測試電池器件的伏安特性曲線來考察電池性能，得到ZnO最佳水浴生長條件為75 min，器件的最高光轉化效率為4.72％，填充因子為0.43。
　?、?ZnO∶Al納米柱陣列的制備及光電性能表征
　　在ZnO納米柱陣列

5、基礎上，采用水浴法制備了不同摻雜比例的ZnO∶Al納米柱陣列并對其形貌、結構和元素組成進行表征。摻雜后，納米柱陣列光透過率提高且表面方塊電阻下降。將ZnO∶Al納米柱陣列作為電子傳輸層應用于PSCs器件中，在低摻雜濃度(1％)時得到最佳器件性能，光轉化效率達到5.78％，填充因子提高到0.54。
　　Ⅲ.ZnO/ZnMgO納米結構的制備及光電性能表征
　　利用溶膠凝膠法在ZnO納米柱表面負載ZnMgO層，形成類“核殼結構”的