ZnO 纳米阵列基钙钛矿太阳能电池的光电性能分析.PDFVIP

中国科学: 技术科学 2016 年 第46 卷 第1 期: 1 ~ 7 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Technologica SCIENCE CHINA PRESS 论 文 ZnO 纳米阵列基钙钛矿太阳能电池的光电性能 分析 * * 李兆松, 许扬, 刘甜, 冯冰洁, 刘荣, 张军, 段金霞, 王浩 湖北大学物理与电子科学学院, 有机化工新材料湖北省协同创新中心, 武汉 430000 * E-mail: wangh@; gwen_zhang@126.com 收稿日期: 2015-10-20; 接受日期: 2015-12-28 国家自然科学基金(批准号:和湖北省自然科学基金(编号: 2015CFB293)资助项目 摘要 近年来钙钛矿材料CH NH PbX (X=Cl, I, Br) 因其在可见光范围的吸光系数大、成本低廉、能量转换效 3 3 3 率高等优势而得到快速发展. 本文采用低温化学水浴沉积制备出有序的ZnO 纳米阵列, 进一步在ZnO 纳米阵列 上旋涂不同体系的 TiO , 制备出 ZnO/TiO 复合阵列结构作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层, 通过改变 TiO 2 2 2 掺入体系探究电极的微结构变化和电池光电性能. 研究表明当ZnO 纳米阵列经过TiO2 浆料处理的复合体系组装 的电池具有最优的光电性能, 进一步考察TiO 浆料浓度对电池性能的影响表明, 当TiO 浓度为0.1 mol/L 时得到 2 2 最佳性能, 其组装电池的开路电压(Voc)达到0.93 V, 短路电流(Jsc)为15.30 mA cm−2, 填充因子(FF)为43%, 效率 (η)为 6.07%. 效率的提升主要是因为钙钛矿能深入ZnO 阵列的间隙, 同时在阵列的上部形成了均匀致密的覆盖 层, 有效提高了电池的光俘获, 同时抑制了载流子的复合. 在 ZnO/TiO2 浆料复合阵列结构优化浆料浓度的基础 上, 进一步对纳米阵列采用TiCl4 溶液进行处理, 电池的光电性能得到大幅提升: Voc=0.99 V, Jsc=19.09 mA cm−2, FF=58%, 效率η 达到 11%. 性能提升的原因主要是TiCl4 溶液对复合纳米阵列的处理, 引入了小TiO2 纳米颗粒 到 ZnO/TiO2 浆料复合阵列结构中, 有效地填补了阵列中的间隙, 后续旋涂钙钛矿材料, 阵列上部的钙钛矿覆盖 层和间隙中的钙钛矿纳米晶, 其光照后产生的载流子都可以与电子传输层有很好的接触, 从而快速地经由 ZnO 阵列传导至导电衬底, 此外小纳米颗粒的引入, 也增大了电极的表面积, 提高了对钙钛矿物质的吸附, 增大了光 俘获, 因而电池的整体性能都得到提高. 关键词 氧化锌, 纳米棒, 复合纳米阵列, 钙钛矿