基于量子點(diǎn)敏化尺寸可控ZnO雜化結(jié)構(gòu)電子傳輸層的有機(jī)太陽能電池.pdf

1、有機(jī)太陽能電池以其質(zhì)輕、可溶液加工、可彎曲、容易進(jìn)行大面積卷對卷生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的科研工作者的青睞。目前，單結(jié)有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到了10％，已經(jīng)滿足商業(yè)化的生產(chǎn)要求。雖然和傳統(tǒng)電池的轉(zhuǎn)化效率有一段差距，但是其具有的突出優(yōu)點(diǎn)仍然促使人們來不斷探索新的方法來提高有機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性，包括設(shè)計(jì)新型的窄帶隙的給體或者受體材料、也可通過優(yōu)化器件的加工條件和調(diào)控界面等。本文中，我們主要研究合成不同的雜化ZnO納米材

2、料，并將其用作反向聚合物太陽能電池的電子傳輸層，以提高電子遷移率和器件轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)提高整個(gè)器件的穩(wěn)定性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過水熱法合成基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的核-殼電子傳輸層并將其用于優(yōu)化反向聚合物太陽能電池。一維高度有序的ZnO納米陣列因其高的電子遷移率、較好的光學(xué)性能和為電子的傳輸提供了穩(wěn)定直接的通道等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)作為較好的電子傳輸層材料。本實(shí)驗(yàn)通過調(diào)節(jié)水熱反應(yīng)的水解時(shí)間來控制納米陣列的長度，通過連續(xù)離子反應(yīng)沉積法將Cd

3、S和Ag2S無機(jī)納米晶沉積在ZnO納米陣列表面用于修飾其表面缺陷，形成同軸陣列，減少了載流子的復(fù)合率，增大了電子傳輸層與活性層之間的接觸界面，電子遷移率和整個(gè)電池對光的吸收也提高了。富勒烯衍生物 EEMC被合成用來進(jìn)一步提高活性層的浸潤性，增加有機(jī)活性層與無機(jī)界面層的相互接觸性。在基于活性層為 PTB7:PC71BM，電子傳輸層為ZnO/CdS/Ag2S/EEMC核-雙殼納米復(fù)合材料時(shí)，反向電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了7.7%，其中短路電流

4、為17.9mA/cm2。⑵有機(jī)太陽能的電子傳輸層是介于活性層和電極之間的一個(gè)重要的界面層，其為電子的收集提供了一個(gè)通道?；谇懊娴幕A(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)中，低溫水熱反應(yīng)制得的一維陣列可用于以后的大面積生產(chǎn)，但是這也帶來了一些新的問題，低溫生長的ZnO納米晶表面帶有很多缺陷(Zn缺陷和O空位等)，這將會成為抑制電子有效傳輸?shù)南葳?。為了修飾表面缺陷，CdS納米晶通過原位法覆蓋在ZnO納米陣列上，形成ZnO/CdS核-殼納米陣列電子傳輸層，提高了電子

5、的有效傳輸。為了進(jìn)一步提高有機(jī)活性層與無機(jī)電子傳輸層的界面相容性和促進(jìn)活性層在納米陣列間的滲透性，一類有機(jī)小分子(TP-OH，BP-OH，BP-OH)被分別用來進(jìn)一步修飾核-殼陣列缺陷和提高電荷選擇性，采用分子計(jì)算來討論有機(jī)小分子與電子受體的相互作用力。最后發(fā)現(xiàn)，在基于活性層為P3HT:PC61BM的情況下，利用ZnO/CdS/BP-OH核-雙殼陣列作為電子傳輸層，電池轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了4.2%，電池的穩(wěn)定性也較好。⑶研究了基于3D CdS

6、納米晶修飾ZnO納米粒子并用作雜化電子傳輸層對電池光電轉(zhuǎn)化效率的影響。溶液法合成的ZnO表面帶有很多缺陷陷阱，這些陷阱將成為電子和空穴復(fù)合的中心，在很大程度上影響整個(gè)器件的光電轉(zhuǎn)化效率。我們利用水熱法合成了不同形貌的CdS納米晶，包括花狀的(F-CdS)、支化狀(B-CdS)、小尺寸球狀的(S-CdS)，并將這些無機(jī)納米晶用來修飾敏化ZnO納米粒子，分別形成ZnO/F-CdS，ZnO/B-CdS和ZnO/S-CdS雜化納米復(fù)合材料電子傳