一維ZnO基陣列鈣鈦礦太陽能電池.pdf

1、自2009年低成本、易封裝的鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的出現(xiàn)，為目前解決環(huán)境問題提供了一種新可能。鈣鈦礦太陽能電池(PSC)起源于染料敏化太陽能電池(DSSC)，并且其短短幾年時間光電轉化效率已極大地提升，從剛開始的3.8％突破到20％，迅速成為研究者關注的焦點。為了實現(xiàn)其產業(yè)化，需要進一步研究提升光電轉化效率和穩(wěn)定性，而對于鈣鈦礦太陽能電池效率的提升必須快速傳輸電子，減少電子和空穴的復合，因此，找到合適的電子傳輸層至關重要。目前ZnO

2、和TiO2材料因其較寬的禁帶寬度和電子遷移率，被廣泛應用于鈣鈦礦太陽能電池的光陽極之中。據報道2016年使用TiO2作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已達22.1％，遠超過染料敏化的11.9％最高認證效率，但是該類電池效率的巨大提升原因在于使用了成本高昂的空穴傳輸材料spiro-OMeTAD以及貴金屬Au，致使其成本較高。為了降低成本，研究者開發(fā)出一種無空穴傳輸材料并采用廉價碳(C)作為對電極的鈣鈦礦太陽能電池，并取得了12

3、.8％的光電轉化效率。同時ZnO材料相比于TiO2，有著更高的電子遷移率和易于調控生長，因此利用ZnO材料代替TiO2材料作為電子傳輸層的無空穴傳輸材料廉價碳(C)鈣鈦礦太陽能電池有著廣泛的研究前景。
　　研究表明:ZnO材料的形貌以及電極的結構對電池性能有很大的影響，因此本文用幾種簡單易實現(xiàn)的方法制備出ZnO材料薄膜，并分別探討了生長條件對薄膜的結構和形貌的影響，最后將其分別應用在固態(tài)PSC中，探討影響電池性能的因素。主要包括以

4、下方面的工作:
　　1.成功制備了比表面積較大的ZnO納米管陣列并首次將其應用于鈣鈦礦太陽能電池的研究。實驗中采用三電極體系的方法生長了結晶性良好的ZnO納米棒整列，同時探究不同沉積時間對于ZnO結構和形貌的影響。把不同厚度的ZnO納米陣列作為電子傳輸層組裝成鈣鈦礦太陽能電池，研究不同厚度的薄膜對于其性能的影響，尋找合適厚度的薄膜。結果表明，厚度為500nm時，其光電轉換效率最高為2.23％;厚度超過500nm，因為鈣鈦礦材料的填

5、充不充分和缺陷的增多，性能明顯降低;厚度低于500nm，鈣鈦礦材料吸附的比較少，性能也明顯降低。實驗中采用了兩種方法來刻蝕ZnO納米棒陣列使其形成ZnO納米管。(1)采用電化學刻蝕的方法刻蝕ZnO納米棒陣列形成ZnO納米管。通過設置不同電位以及不同時間來研究其對于ZnO納米棒的刻蝕影響。實驗表明，在電壓為0.01V，恒溫70℃，可以使ZnO納米棒形成ZnO納米管，但是該方法不容易控制。(2)為了更好地控制實驗提高ZnO納米管的產率，我們

6、采用化學刻蝕方法來進行刻蝕，通過控制ZnO納米棒浸泡在0.10Mol/L乙二胺溶液中(70℃)的時間成功地得到了ZnO納米管陣列，而且該方法還通過改變浸泡的時間可以控制薄膜的厚度。在實驗中發(fā)現(xiàn)陣列薄膜是厚度為400nm的ZnO納米管薄膜組裝成固態(tài)無空穴傳輸層廉價碳對電極PSC，其光電轉換效率最高為4.1％，相比于同厚度的ZnO納米棒薄膜固態(tài)PSC效率明顯提高。
　　2.設計生長了摻雜Li+的一維ZnO納米管陣列，并將其應用于使用廉