ZnO基有机无机杂化太阳能电池制备及性能研究

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随着全球经济的高速发展,能源紧缺与碳排放问题日益凸显,开发可再生能源也显得越发重要与急迫。有机/无机杂化太阳能电池作为一种有前景的电池,近年来受到了广泛的关注。和传统太阳能电池相比,杂化太阳能电池有很多优势,例如它材料价格廉价,可以在低温下通过旋转涂膜、丝网印刷、喷墨打印等方法制备,可大面积成膜,操作简单易行,被认为是取代无机太阳能电池的理想选择。ZnO基有机无机杂化太阳能电池因ZnO具有可低成本低温生长、电子迁移率高、环保无毒等优势而尤其受到关注。本文针对ZnO基有机无机杂化太阳能电池的研究热点,首先研究了生长条件对ZnO纳米结构尺寸和密度的影响,并重点研究了不同ZnO纳米结构尺寸、ZnO表面修饰处理、退火、氧等离子体处理、空气中陈化等对ZnO基有机无机杂化太阳能电池器件的效率影响,发现退火、氧等离子体处理、对ZnO进行PSBTBT表面修饰、对器件进行空气中陈化,对提高电池的效率均起到了一定的作用。具体研究工作如下:1. 采用水热方法,以涂有ZnO纳米晶籽晶层的ITO作为衬底,制备ZnO纳米棒,研究了不同浓度的反应液在不同时间下水热生长的ZnO的具体形貌、尺寸,密度。以此为基础制备了ITO/ZnO/P3HT/Ag有机无机结杂化太阳能电池,通过比较电池的效率,获得了最佳ZnO纳米棒的尺寸和密度;2. 制备了体异质结杂化电池,电池结构是ITO/ZnO/P3HT/Ag。通过对ZnO表面分别进行退火处理,等离子处理,发现ZnO在400℃下处理1h,器件效果最佳。3.制备了结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/Ag的杂化电池,通过改变活性层的退火温度和时间,对ZnO表面进行PSBTBT修饰及在空气中陈化处理,发现不同处理条件下器件效率均有所提升。最佳的器件通过PSBTBT表面修饰和在空气中陈化处理效率达到2.02%,其中短路电流密度、开路电压、填充因子分别是13.23mA.cm-2、0.547V、28%。通过表面修饰的器件效率比未修饰的效率提高近7倍。4.以P3HT为电子施体,PCBM为电子受体制备了活性层厚度不同的结构为ITO/P3HT:PCBM/Al的有机太阳能电池,通过测得的Jsc-V特性曲线,发现活性层厚度对器件效率有一定的影响。为了优化有机电池结构,添加空穴缓冲层PEDOT:PSS,空穴阻挡层TiO2,发现空穴缓冲层的添加确实使器件效率提升了53.9%,而TiO2却没有达到预想的结果。
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