有序型太阳能电池器件

1、有序型太阳能电池器件聚介物米晶杂化太阳能电池中*如何构筑有效的互穿网络结构是目前垠去的难点。国际上，人家常用通过体相异质结方式制备杂化器件，但是由两相的无规排列使得载渝子的传输距离无谓的变长，导致器件的效率受到了限制亠叫为r进莎提诺器件的光电转换效率*人们设计了有序型的杂化农阳能电池器件*制备这种器件的核心问题是制备有序的纳米棒阵列我们在本章中着重设计探讨了ZnO纳米棒阵列的制备过程*为进一步制备有序型的杂化盘阳能电池器件做好准备。3.2水相合成的ZnO纳米棒阵列实验部分宾验原料对氯节，四氢嚷吩，甲醇氢氧化钠，盐酸,酚酿-PEDOT:PSS(PVPA14083)P88酸锌*氮氧化钾*铝匕水,1

2、3丙二胺(DAP)3.2I2叢征仪器日ShimadzuUV3600紫外可見-近纟1外允谱仪；BShiimdzuRF-5301PC荧光光谱仪(激发光源波长3砧nrn)：II本HitachiHSOO透射业镜(合成电压加()昨)；英HVGESCALABMKUXifrj线光电产能诜分析仪：类国NcolefAvelar360FTIR傅立叶变换红外光谱仪；AmbiosTechXP-2fr阶仪笑啊KdthleySourceMeter2400计算机控制的数字源表;SCIENCETECH500-W末阳光棋拟器；美国布鲁克NanosoopeJJlafe-f力显微镜，美国TAQ500热光重井析仪；3.2.1.3合成

3、方法(1) ZnO纳米棒的制备硅片分别用清洁剂、水、丙酮（超声10min）.甲醇、紫外臭氧清洁机（20min）。每个基底都用5mM的两水合醋酸锌的乙醇溶液包覆25s,再用乙醇冲洗，包覆过程再重复四次。晶层用炉在空气中35（）°C锻烧2（）min°基底与水平线成30o放在小瓶中，内有12mL增长液有硝酸锌0.089g.六次甲基四胺（HMT）0.042g.和DAPO.191mL。溶液均加热到92.5°C,75min°（2）PPV前驱体的制备PPV前驱体的貝体制备方法详见2.2.1.3o（3）水相合成的A阳能电池器件的制备首先，在ITO基底上制备ZnO纳米棒，

4、将制好的ZnO纳米棒用氮气吹干，在其上旋涂聚合物溶液，将旋涂好的1TO放入手套箱中退火，最后，将处理好的ITO基底上蒸镀电极材料。3.22结果与讨论纳米棒的意义在ITO基底上生长ZnO纳米棒可以轻易的构筑月序型太阳能电池器件的一相，另一相可以在ZnO相的基础Z上构筑。ZnO作为电子传输材料可以有效的传输电子并且阻挡空穴。由TZnO纳米棒垂直丁基底，当电子传到ZnO表面时，电子便可以沿着ZnO定向传输，而不会被其他类型的载流子所淬灭。如图3所示，图中的器件结构为!TO/ZnO/P3HT:PCBM/Ago从能级结构图中可以看出，ITO是作为电子的受体，被当作阴极，而Ag收集的是空穴，作为阳极，电子

5、和空穴在P3HT和PCBM的界面有效的分离，分离后的电子将会在ZnO纳米棒表面传递给ZnO,再定向传输给ITO玻璃，最后导出形成电流。而且这种反式的器件结构有很好的稳定性，通过使用较稳定的Ag作为金属电极町以很好的延长器件的寿命，增加A阳能电池器件的工作时间。P3HT3.8凶44oV48eVTro-6.2VPCBM78eVZnO4.3«V52eVP3HTAgFigure3.1theschemeoftheorderedsolarec11sdevices纳米棒的影响因索影响ZnO纳米棒的生长的因索仃很多，我们主耍关心的是ZnO纳米棒在用作人阳能电池时候对器件的光电转换效率的切响因素.总结

6、起來主婆有ZnO纳米棒的粗细,也就是ZnO纳米棒直径的大小。其次,就是ZnO纳米棒之间的空隙,也就是ZnO纳米棒的周期的人小，较人的周期会使得聚合物相的厚度过人，光生激子难以轻易的分离，在还没到达给受体界面就发生我流子的淬火。较小的周期势必导致聚合物的负伐就过低,导致器件对太阳光的吸收过小,由此导致最严9的问题就是光生电荷过少，产牛的矩路电流过小，光电转换效率过低.ZnO纳米棒的制备方法有化学的方法还有物理的方法。不难想象，物理的方法制备的ZnO纳米棒尺寸均一，形貌规整,分布有序。而且用物理的方法制备的纳米梓阵列结构易J：控制,方便调整，比较灵活但是用这种物理的方法制备的ZnO纳米棒需要较高的

7、成水，仪器也相対耍复杂一些，然而用化学方法制备的ZnO纳米棒时候，方法比较简单，耗时较短，不需要复杂的仪器，因此所消耗的成本较低。但是也同样存在着弊端，用化学方法制备ZnO纳米棒的时候制备的纳米棒的形貌控制的并不理想,尺寸并非完美的均-,Ifull并不完美的规整尽管如此，利用化学的方法制备这种纳米结构可以更加的适介人而枳的生产。Figure3.2TheSEMimageoftheZnOnanorods.在图3.2中，我们将制备的ZnO纳米棒进行了打描电镜的表征，从图中可以看出很明显的纳米棒结构。纳米I的尺寸较为均，直径人约在100纳米到200纳米Z'可.长度大约在1000纳米左右.但是纳

8、米棒的取向并非完美的垂直皿底,尽管如此，这种貝有一定取向的ZnO纳米棒已经满足有序型A阳能电池的需要。虽然并非完美的垂直基底,ZnO纳米棒的有序性已经非常有助F电子的定向传输。从图中可以看出纳米悸并非密堆积,这样大的空隙可能会导致激在分离成我流子Z前就被淬灭掉冈此如何调控ZnO纳米棒的直径成为我们卜步工作的重点，我们的目标是利用化学的方法原位生长直径更人的ZnO纳米棒，所采取的方法是水热介成.X耍解决的关键性科学问题是确定影响纳米棒生长过程中影响It径的因素.Figure3.3TheSEMimageoftheZnOnanorods.我们通过増加硝酸锌溶液的浓度成功的控制了ZnO纳米棒的直径，从

9、图3.3中可以r(出,ZnO纳米棒的fl径III对Z询在硝酸锌浓度较低的时候所制备的ZnO纳米棒的直径要人很多，现在的直径人约在5()()纳米左右。长度耍趙过1()0()纳米。较大的ZnO纳米棒的直径确保了聚介物能够在光生激子转变成我流子Z前不被淬灭掉,ZnO纳米樺的生长机理比较复朵,存在着成核和生长的过程.ZnO成核首先需要有种子，在生长ZnO纳米棒Z前，我们盂要先预处理基底，生长一层ZnO种了。在生长ZnO纳米棒时候通过调节ZnO纳米棒的以个不同参数町以控制Zn()不同生长阶段的因素來最终控制ZnO的生长°成核和生长阶段都能影响ZnO纳米棒的最终形貌，我们通过改变硝酸锌的浓度可以

10、轻易的改变ZnO纳米棒的成核过程.较人的锌源浓度町以获得较大的基底面积,在相同生长条件F，生长出来的ZnO纳米棒的直径就会人些。口径较人的ZnO纳米棒会便紂这种存序型A阳能电池器件的效果仃所提高。ZnO纳米棒的长度可以通过控制生长阶段來控制，对J：较粗的ZnO纳米棒来说,其纵向生长的速度相对耍快一些。较大的生长速度便得制备器件所需要的时I'l-J也何效的缩短，人人提高了器件制备的效率。肚J：ZnO杂化A阳能电池ZnO纳米棒生长之后，便可以应用F太阳能电池器件的制备。基JZnO纳米棒的杂化A阳能电池比较容易理解，由Zn()纳米棒是电子的受体，所以一般用作反式的太阳能电池痔件,在正式的太阳能电池器件中,lhJ：PEDOT:PSS是水溶性的材料，会使得在旋涂沽性圧时候，或者在生长ZnO纳米棒的时候容易溶解PEDOT:PSS,因此，常用來制备反式的A阳能电池器件。在反式的器件结构中，ZnO不仅町以作为电子传输层,从而阻挡空