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纳米ZnO基有机/无机复合光伏器件研究

王丽丹  
【摘要】:ZnO是一种宽禁带直接带隙的半导体材料,在紫外发光与激光、探测器和太阳能电池等很多方面都具有非常广泛的应用。并且与其它材料相比,ZnO具有多种一维纳米结构,这些纳米结构具有较大的比表面积,并且是单晶结构,从而成为制备新型纳米光电器件的构筑单元。本论文就是利用ZnO一维纳米结构的这些特点,设计并制备了有机/无机复合结构光伏器件。并通过在界面处引入CdS和PbS量子点,有效的提高了太阳能电池的效率。论文工作中取得的主要结果如下: 1.采用电化学沉积的方法生长了ZnO纳米棒阵列,并通过对籽晶层、反应时间和反应溶液的浓度等参数的调节,初步实现了ZnO纳米棒密度、尺寸和长径比的可控生长。 2.采用电化学沉积方法制备的ZnO纳米棒和聚乙烯咔唑(PVK)成功的制备了具有类p-n结结构的ZnO/PVK复合紫外探测器,并利用ITO,ZnO和PVK特定的吸收位置获得了具有高选择性的紫外响应。这种探测器的响应峰值位于365 nm,响应度可达110 mA/W,响应峰半高宽仅为26 nm。 3.在带有ZnO籽晶层的ITO玻璃上,用电化学沉积的方法生长ZnO纳米棒,与聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](MEH-PPV)成功制备了类p-n结结构的有机/无机复合的太阳能电池器件。通过采用化学浴方法在有机无机界面处引入不同的CdS量子点,显著提高了太阳能电池器件的效率。其中六次生长的CdS量子点的电池效率可达到0.65%,是未经敏化电池效率的6.5倍。并发现随着CdS量的增加,电池的效率是先增加后减小,在利用生长六次的CdS量子点进行敏化的电池效率达到了最大值。 4.通过引入带隙更窄、吸收范围更宽的PbS量子点作为敏化层,利用ZnO纳米棒和MEH-PPV制备了有机/无机复合的太阳能电池器件。其中利用生长四次的PbS量子点进行敏化的电池效率可达到0.42%,是未经敏化电池效率的四倍多。并发现由于PbS量子点之间的导电性不好,很大程度限制了光生载流子的传输,器件的短路电流的较低,导致PbS量子点敏化的太阳能电池的转换效率并不高。


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