氧化鋅基有機太陽能電池的制備及性能研究.pdf

1、有機太陽能電池因具有綠色環(huán)保、低成本、制備工藝簡單及可實現(xiàn)大面積生產(chǎn)等優(yōu)點，是實現(xiàn)大規(guī)模利用太陽能發(fā)電的重要途徑。然而，傳統(tǒng)的有機太陽能電池穩(wěn)定性較差，有機聚合物載流子遷移率較低，為了優(yōu)化器件性能和提高器件穩(wěn)定性，加入無機納米材料，制備倒置結(jié)構(gòu)的有機光伏器件是解決這一問題的有效措施。
　　本論文的研究工作中，圍繞氧化鋅(ZnO)無機納米材料展開，利用它良好的電子收集和傳導(dǎo)特性，用于制備倒置結(jié)構(gòu)有機太陽能電池。通過退火處理及對不同納

2、米結(jié)構(gòu)的ZnO進行摻雜，研究了退火溫度、摻雜濃度及ZnO形貌對光伏器件性能的影響。具體工作分為以下三個方面：
　　第一，利用溶膠-凝膠法制備ZnO納米顆粒，研究了不同退火溫度對倒置結(jié)構(gòu)有機太陽能電池(ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO3/Ag)性能的影響。退火溫度為300℃時得到了最大的光電轉(zhuǎn)換效率2.82％。通過表面形貌分析，表明在適當(dāng)溫度退火下ZnO納米顆粒粗糙度適中，與活性層接觸良好，提供了更多有利于激子分離的界面和

3、更多電子傳輸通道；表面電勢分析表明適當(dāng)?shù)臏囟韧嘶鸾档土私缑娴哪芗墑輭?。另外，我們注意到?dāng)退火溫度較高時(>300℃)，ITO導(dǎo)電薄膜的面電阻成倍增長，導(dǎo)電性降低，降低了器件的性能。所以，適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟仁莾?yōu)化光伏器件性能的重要參數(shù)。
　　第二，通過水熱法制備了不同濃度(0 at.%，0.5 at.%，1.0 at.%和1.5 at.%)的Al3+摻雜ZnO納米棒(AZO)，得到了c軸生長明顯且較為整齊的ZnO納米棒陣列。利用AZO良

4、好的傳輸電子的能力，將其代替ITO用于太陽能電池的制備。由于摻雜增加了自由電子和載流子濃度，降低了面電阻。摻雜后ZnO形成更多的電子捕獲能級，有利于從活性層中導(dǎo)出電子，減少激子復(fù)合。測試表明低濃度(0.5 at.%)摻雜的ZnO納米棒同時作為電極和電子傳輸層，應(yīng)用在有機太陽能電池的制備中，對電子傳輸起到了積極作用，得到了0.71%的光電轉(zhuǎn)化效率，相比無摻雜的ZnO納米棒的電池器件，光電轉(zhuǎn)化效率提高了50%。
　　第三，在研究Al3

5、+摻雜ZnO納米棒的基礎(chǔ)上，通過溶膠-凝膠法制備了不同濃度(0at.%，0.5 at.%，1.0 at.%和1.5 at.%)的Al3+摻雜ZnO納米晶，期望能夠避免因為納米棒過長穿透活性層，降低器件性能。通過低濃度摻雜得到分布均一、密集的ZnO納米顆粒。隨著摻雜濃度升高，ZnO納米晶表面粗糙度有增大的趨勢。通過對材料進行紫外-可見吸收光譜的測試，證明薄膜對可見光的透過率較高，但通過晶體結(jié)構(gòu)測試和能級結(jié)構(gòu)分析，認為退火溫度不恰當(dāng)造成Al