氧化锌纳米结构的合成及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

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近年来,钙钛矿太阳电池作为新兴的太阳能电池技术引起了众多科研人员的注意,在钙钛矿太阳电池中,最常见的电子传输材料为TiO2,但其电子传输性能并不理想。相比于TiO2,ZnO除了合适的导带位置还拥有非常高的电子迁移率,是一种很好的替代材料。本论文主要讨论了ZnO作为电予传输材料的钙钛矿太阳电池的性能并通过合成不同类型的ZnO纳米结构,探讨了提高钙钛矿太阳电池性能的可能途径。  首先,探讨了最适合钙钛矿太阳电池介孔薄膜的ZnO纳米颗粒的尺寸。基于同样的初始浓度,形核率越大,最终的颗粒尺寸越小的原理,选用不同粘度、介电常数的溶剂对形核率进行控制,得到尺寸分别为~25nm、~40nm和~50nm高结晶性、均一的ZnO纳米颗粒。随后将这些纳米颗粒制作成介孔薄膜应用于钙钛矿太阳电池,发现~40nm的ZnO纳米颗粒制作的钙钛矿太阳电池拥有最优异的性能,获得了15.92%的光电转化效率。这是因为~40nm的ZnO纳米颗粒在界面面积、填充效果和缺陷态这三者之间形成了最优的平衡,使其具有最优异的的载流子分离能力。  其次,探讨了能够同时保证界面面积和填充效果的ZnO纳米团簇对钙钛矿太阳电池性能的影响。依据静电稳定化理论,通过调节NaOH的浓度并通过微波法合成了~30nm、~50nm和~70nm的具有亚结构的ZnO纳米团簇。将这些纳米团聚制作成介孔薄膜应用于钙钛矿太阳电池,并与~40nm ZnO纳米颗粒制作的钙钛矿太阳电池进行比较,发现~30nm的ZnO纳米团簇具有最优异的性能,这是因为ZnO纳米团簇不仅仅拥有远远大于其他纳米结构的比表面积,还拥有~30nm的整体尺寸,保证其大的比表面积能够被充分利用,使~30nm的ZnO纳米团簇制作的介孔薄膜拥有最优异的电子分离和传输性能。
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