納米ZnO在有機(jī)溶劑中的分散處理及其在有機(jī)太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，隨著全球光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池受到人們廣泛關(guān)注。與單晶硅、多晶硅以及多晶體薄膜太陽(yáng)電池相比，有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池具有溶液可加工性、成本低、柔性、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池將會(huì)成為光伏電池的主流產(chǎn)品。當(dāng)前，有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的光電性能遠(yuǎn)比無(wú)機(jī)太陽(yáng)電池低。因此，如何提高有機(jī)太陽(yáng)電池的光電性能值得研究。其中，納米ZnO由于具有光透率高、環(huán)境穩(wěn)定性好、制備簡(jiǎn)便、成本低、結(jié)晶溫度低、載流子

2、遷移率高以及能夠顯著提高有機(jī)太陽(yáng)電池光電效率等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛研究。
　　本文采用低溫溶劑熱法，合成出粒徑大小為4nm左右的納米ZnO粒子，運(yùn)用溶解度參數(shù)理論將其分散在有機(jī)溶劑中制成ZnO溶液。最后，用此ZnO溶液制造出倒置有機(jī)太陽(yáng)電池器件和正置有機(jī)太陽(yáng)電池器件。具體研究工作如下:
　　(1)采用低溫溶劑熱法在65℃溫度下合成出了粒徑為4nm左右的納米ZnO粒子，通過(guò)X射線衍射儀(XRD)分析了其物相、透射電鏡(TEM)表征了

3、ZnO的形貌大小。然后運(yùn)用溶解度參數(shù)理論，總結(jié)出一種溶解度參數(shù)的數(shù)學(xué)計(jì)算方法，并將其應(yīng)用到納米ZnO粒子的分散實(shí)驗(yàn)中。用PL光譜、紫外光譜儀、原子力顯微鏡(AFM)測(cè)試方法對(duì)分散處理之后的ZnO薄膜表征，找到了最佳的溶劑配比，同時(shí)也驗(yàn)證了溶解度參數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算方法的正確性。通過(guò)這種方法，我們提供了一種簡(jiǎn)便、高效率、環(huán)保的配置無(wú)機(jī)納米有機(jī)溶液的方法，為后面制作有機(jī)太陽(yáng)電池以及共混太陽(yáng)電池提供了最佳的納米ZnO有機(jī)溶液。
　　(2)利用溶

4、解度參數(shù)理論方法制備出了一種簡(jiǎn)便的新ZnO電子傳輸層，并將其應(yīng)用于倒置有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池中，制備出了高效率的電池器件。該方法不需要其他類似表面活性劑材料修飾ZnO納米粒子，而僅僅是通過(guò)運(yùn)用溶解度參數(shù)理論調(diào)節(jié)ZnO納米溶液的極性與非極性溶劑比例及種類來(lái)制備出較好質(zhì)量的ZnO納米薄膜。通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)測(cè)試，可知所制備的ZnO電子傳輸層薄膜具有較低的粗糙度和較高致密度。該薄膜應(yīng)用于倒置器件，能夠顯著降低倒置器件漏電流、降低并聯(lián)電阻、促

5、進(jìn)電子收集，而最終提高了電池器件效率。優(yōu)化后的ZnO薄膜作為電子傳輸層的器件的最高的光電轉(zhuǎn)換效率PCE為2.55％。
　　(3)利用有機(jī)溶劑共混的方法制備出了簡(jiǎn)便的正置有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)電池器件。所制備的以P3HT∶ZnO薄膜作為雜化活性層體系的器件的開(kāi)路電壓最好達(dá)到0.61V，填充因子最好達(dá)到0.46,器件的光電轉(zhuǎn)換效率PCE為0.6％。通過(guò)對(duì)P3HT薄膜以及共混結(jié)構(gòu)P3HT∶ZnO薄膜的透射光譜分析可知，隨著ZnO的加入，吸收光