ZnO電子選擇層的制備方法對反向有機太陽能電池性能的影響.pdf

1、未來電池的發(fā)展趨勢必將朝向潔凈、低耗、可再生的方向發(fā)展，太陽能電池無疑成為替代現今能源的最佳選擇。太陽能電池是利用太陽能資源的有效手段之一，在眾多類型的太陽能電池中，有機太陽能電池由于輕質、可卷曲、低成本等優(yōu)點越來越受到研究者們的關注。在其研究進程中，體異質結結構的應用使得器件的效率有了非常大的提高。電子選擇層和空穴傳輸層的加入是提高體異質結太陽能電池性能的重要手段，特別是通過對電子選擇層的優(yōu)化可以使器件效率得到非常明顯的提高。多種金屬

2、氧化物、金屬鹽類和聚合物等都可以作為電子選擇層，其中ZnO和TiO2是被使用最廣泛且最成功的兩種材料。
　　本論文主要圍繞ZnO作為電子選擇層在有機反向體異質結太陽能電池中的應用，探究ZnO層對器件光伏性能的影響。ZnO作為目前使用最廣泛的電子選擇層材料，盡管制備方法和修飾手段眾多，但卻很少有系統地研究ZnO層的制備方法與器件光伏性能之間的關系,而且也未見有研究者將Mg摻雜的ZnO薄膜用作反向器件的電子選擇層。本論文采用多種制備Z

3、nO電子選擇層的方式，從兩方面入手，研究ZnO電子選擇層對器件光伏性能的影響：
　　1.用三種方法制備ZnO薄膜，研究ZnO制備方法對ZnO薄膜的形貌、功函，器件電荷的傳輸能力等的影響；
　　2.前驅體溶液法制備ZnO薄膜，通過Mg的摻雜來調節(jié)ZnO薄膜的功函，研究Mg摻雜對電池內建電場、電子傳輸勢壘，薄膜形貌等的影響。
　　通過對ZnO層的優(yōu)化，制備出了具有優(yōu)異光伏性能的有機太陽能電池。在以低濃度 ZnO前驅體修飾過

4、的 nc-ZnO薄膜作為電子傳輸層的器件中，最佳器件的光伏參數為Voc=0.57 V, Jsc=10.62 mA/cm2, FF=0.59, PCE=3.6%；而由Mg摻雜的ZnO薄膜作為電子選擇層的器件獲得了更優(yōu)的光伏性能，在P3HT:PC61BM體系和PTB7：PC71BM體系中的最佳光伏參數分別為：Voc=0.63 V, Jsc=12.19 mA/cm2, FF=0.65, PCE=4.98%和Voc=0.73 V, Jsc=15

5、.63 mA/cm2, FF=0.72, PCE=8.24%。
　　通過大量的實驗論證，證明：ZnO電子選擇層的制備方法對器件的光伏性能至關重要，不同的制作方法會形成不同形貌和功函的ZnO薄膜。適當粗糙的表面為激子分離和電荷傳輸提供了足夠的界面，而ZnO薄膜較低的功函也將有利于器件內電荷的傳輸，在兩者共同的作用下，器件的光伏性能會有很大的不同。同時，通過Mg的摻雜也成功的調節(jié)了ZnO薄膜的功函，增大了器件的內建電勢，降低了電子傳輸