高性能ZnO纳米薄膜的制备及其在反型有机太阳能电池中的应用研究
近些年来，常规化石能源日益枯竭，能源危机日益加剧。为了解决能源危机，开发新的洁净能源迫在眉睫。利用太阳能最直接的方法是直接将太阳能转化为电能。因此，世界各国逐渐重视对太阳能电池的研究，纷纷实施了对太阳能发电的补贴政策，太阳能光伏产业在最近几年得到迅猛发展。然而，在已经商品化的太阳能电池市场中，无机晶体硅太阳能电池因其高的转化效率等优点占据了主导地位。但是由于成本高、工艺复杂、不易于大面积制造、环境污染等原因，限制了其大规模应用。与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池具有成本低、质量轻、柔韧性好且可以大面积印刷等优点，成为太阳能电池研究的热点方向之一。然而常规有机聚合物太阳能电池的空穴传输层PEDOT：PSS对ITO基底会产生腐蚀，且低功函数Al等阴极容易被氧化，使得器件稳定性不好。相反，反型聚合物太阳能电池可采用ZnO等过渡金属氧化物作为电子传输层，采用Ag、Au等高功函数金属作为阳极则避免了上面这些情况。因而研究ZnO薄膜及反型聚合物太阳能电池有着重要的意义。
基于此，本论文研究了高性能ZnO纳米薄膜的制备及其在反型有机太阳能电池中的应用，主要进行了以下工作：
(1)采用三种方法制备纳米ZnO薄膜，并采用SEM，XRD，AFM，吸收光谱，荧光光谱等手段进行表征，研究三种制备方法的优劣性，通过对比发现低温水解溶胶-凝胶法制备薄膜性能最好；
(2)对低温水解法制备的纳米ZnO薄膜的增透特性进行了研究，并加以理论分析。纳米ZnO薄膜的最佳增透率为18％，采用Tauc-Sounds公式和球型纳米颗粒有效质量模型公式计算了ZnO的带隙与实验进行对比，实验与理论符合一致；
(3)采用ZnO缺陷能级模式对低温水解溶胶-凝胶法制备纳米ZnO薄膜的荧光特性进行了定性的研究，分析了荧光峰位与缺陷之间的关系；
(4)反型太阳能电池的制备与表征，重点对比不同条件对器件性能影响。①实验发现120℃退火活性层性能明显提高；②实验发现对纳米ZnO薄膜500℃退火后器件性能明显降低；③研究不同氧化锌薄膜厚度对器件性能的影响，实验发现0.5M的锌溶胶在2000rpm下制备的纳米ZnO薄膜性能最佳；④实验发现P3HT：PCBM=1:1时，器件性能最佳；⑤研究不同活性层厚度对太阳能电池器件性能的影响，实验发现聚合物层厚度为140nm时性能最佳。通过制备工艺优化，实验获得最高光电转换效率为3.58％。
纳米ZnO薄膜;增透膜;反型有机太阳能电池;低温水解;溶胶-凝胶法
中国海洋大学
硕士
光学
杨爱玲
2012
中文
TM914.42;TB383
79
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）