ZnO纳米阵列中间层对量子点敏化太阳电池电荷产生及传输性能的影响

【作者】 彭卓寅； 陈建林； 陈荐；

【机构】 能源与动力工程学院长沙理工大学；

【摘要】 量子点太阳电池由于量子尺寸效应、多激子效应、工艺简单等优点,其光电转换效率与低成本化具有很大的挖掘潜力,成为第三代新型太阳电池的研究热点^[1-3]。然而,在量子点敏化太阳电池的结构中,量子点敏化剂的沉积量及与光阳极界面之间的电荷复合问题仍然限制了电池中电荷的产生及传输性能^[4,5],如何进一步提升量子点敏化太阳电池的光电转换效率是推动产业化进程的核心。本研究工作以提高光捕获效率和电荷传输性能为目标,以TiO₂为电子传输层、CuInS₂量子点为光吸收层,采用电沉积法在TiO₂光阳极与FTO导电基底之间引入一层ZnO纳米棒阵列。研究表明,ZnO纳米棒的长度及直径的增加,会在ZnO和TiO₂光阳极之间形成孔洞,阻碍电荷传输;但ZnO纳米棒的长度过小,无法有效地提升电荷传输性能;电沉积时间为30min制备的ZnO纳米棒阵列,电池的短路电流密度最大,获得最佳的光伏性能。究其原因,一是ZnO纳米棒阵列起到陷光作用,提高了光捕获效率;二是通过电化学阻抗及瞬态荧光测试可以发现30min制备的ZnO纳米棒阵列能够提高电荷传输速率。因此,30min制备的ZnO纳米棒阵列能够获得最佳的光吸收性能及电荷传输性能。在前期研究中发现热处理能够有效地改善ZnO晶面生长方向^[6],通过改变ZnO热处理温度对ZnO/TiO₂/CuInS₂晶面结构进行调控,进一步提升光生电荷在ZnO/TiO₂/CuInS₂电池系统中的传输速率,最终将电池的光电转换效率提升了20%。本工作通过对ZnO纳米阵列中间层的研究,为量子点太阳电池光电性能的提升提供了新方向。更多还原