ZnO、CdS(Se)納米結(jié)構(gòu)對(duì)倒置聚合物太陽(yáng)能電池性能的影響.pdf

1、有機(jī)太陽(yáng)能電池在大規(guī)模生產(chǎn)低成本、柔性可卷曲的產(chǎn)品方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于有機(jī)光敏材料存在激子擴(kuò)散長(zhǎng)度較短、電子傳輸速率較低的問(wèn)題，限制了其應(yīng)用。利用遷移率較高的無(wú)機(jī)納米材料作為電子傳輸層，可提高電子的傳導(dǎo)能力，以此提高器件的能量轉(zhuǎn)化效率。在無(wú)機(jī)納米材料中，由于Ⅱ-Ⅵ化合物納米材料如CdS、CdSe以及ZnO等的載流子遷移率高，所以其在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用備受矚目。
　　理想的電子傳輸層除了要求材料具備高的載流子遷移

2、率外，還需要提供更多的激子分離界面以及直接的電子傳輸通道，使光敏活性層產(chǎn)生的光生電子快速并有效地傳輸至電極，以提高器件的光電轉(zhuǎn)化效率。為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)贑dS、CdSe和ZnO納米材料優(yōu)化有機(jī)太陽(yáng)能電池電子傳輸方面做了相應(yīng)研究，主要包括結(jié)晶性良好的CdS、CdSe納米材料和多孔ZnO納米材料作為電子傳輸層對(duì)倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的優(yōu)化，以及利用紫外臭氧對(duì)ZnO納米薄膜缺陷鈍化后作為電子傳輸層對(duì)倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響。

3、　　首先，具有良好結(jié)晶性的CdS納米片、網(wǎng)孔狀CdS納米材料和網(wǎng)孔狀CdSe納米材料可以與傳統(tǒng)光敏活性層能級(jí)匹配良好，且這些高結(jié)晶性材料自身晶界較少，所以捕獲電子的缺陷密度也會(huì)相應(yīng)減小。最主要的是具有片狀以及網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)的CdS(Se)材料具備更高的比表面積，為激子提供了更多的分離界面以及傳輸通道。正由于這些納米結(jié)構(gòu)材料具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以我們將其作為電子傳輸層分別應(yīng)用在倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備中。通過(guò)對(duì)這些材料厚度以及電池活性層厚度進(jìn)行優(yōu)

4、化，使電池器件性能得以優(yōu)化。
　　其次，由于ZnO無(wú)毒環(huán)保，且制備工藝簡(jiǎn)單，所以通過(guò)水熱法制備了多孔、高結(jié)晶性的三維ZnO納米花材料代替CdS(Se)納米結(jié)構(gòu)材料作為電子傳輸層對(duì)倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池進(jìn)行優(yōu)化。其中，重點(diǎn)研究了不同生長(zhǎng)時(shí)間下（6h，9h和12h）的ZnO材料的形貌及光電性能。結(jié)果表明反應(yīng)9h的多孔ZnO納米花材料具有較高透光率、低缺陷密度以及高載流子遷移率等優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的電子傳輸層材料。最后將這些材料應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)

5、能電池的制備中。器件性能測(cè)試結(jié)果證明，以生長(zhǎng)時(shí)間為9h的多孔ZnO納米花材料作為電子傳輸層的器件性能最佳。與無(wú)ZnO修飾層的參比器件相比，其短路電流密度和光電轉(zhuǎn)化效率明顯提高，分別達(dá)到了5.68 mA/cm2和1.24％。
　　最后，為改善多孔 ZnO納米花材料的電子傳輸性能，我們先對(duì)ZnO納米花的晶種層ZnO納米薄膜進(jìn)行了優(yōu)化。即將ZnO納米薄膜進(jìn)行快速紫外臭氧處理后應(yīng)用于電池器件中，并對(duì)紫外臭氧處理時(shí)間對(duì)器件性能的影響進(jìn)行分析