納米ZnO在有機溶劑中的分散處理及其在有機太陽電池中的應用.pdf

1、近年來，隨著全球光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及日益嚴重的環(huán)境問題，有機薄膜太陽電池受到人們廣泛關(guān)注。與單晶硅、多晶硅以及多晶體薄膜太陽電池相比，有機薄膜太陽電池具有溶液可加工性、成本低、柔性、環(huán)保等優(yōu)點，所以從長遠來看，有機薄膜太陽電池將會成為光伏電池的主流產(chǎn)品。當前，有機薄膜太陽電池的光電性能遠比無機太陽電池低。因此，如何提高有機太陽電池的光電性能值得研究。其中，納米ZnO由于具有光透率高、環(huán)境穩(wěn)定性好、制備簡便、成本低、結(jié)晶溫度低、載流子

2、遷移率高以及能夠顯著提高有機太陽電池光電效率等優(yōu)點得到了廣泛研究。
　　本文采用低溫溶劑熱法，合成出粒徑大小為4nm左右的納米ZnO粒子，運用溶解度參數(shù)理論將其分散在有機溶劑中制成ZnO溶液。最后，用此ZnO溶液制造出倒置有機太陽電池器件和正置有機太陽電池器件。具體研究工作如下:
　　(1)采用低溫溶劑熱法在65℃溫度下合成出了粒徑為4nm左右的納米ZnO粒子，通過X射線衍射儀(XRD)分析了其物相、透射電鏡(TEM)表征了

3、ZnO的形貌大小。然后運用溶解度參數(shù)理論，總結(jié)出一種溶解度參數(shù)的數(shù)學計算方法，并將其應用到納米ZnO粒子的分散實驗中。用PL光譜、紫外光譜儀、原子力顯微鏡(AFM)測試方法對分散處理之后的ZnO薄膜表征，找到了最佳的溶劑配比，同時也驗證了溶解度參數(shù)數(shù)學計算方法的正確性。通過這種方法，我們提供了一種簡便、高效率、環(huán)保的配置無機納米有機溶液的方法，為后面制作有機太陽電池以及共混太陽電池提供了最佳的納米ZnO有機溶液。
　　(2)利用溶

4、解度參數(shù)理論方法制備出了一種簡便的新ZnO電子傳輸層，并將其應用于倒置有機薄膜太陽電池中，制備出了高效率的電池器件。該方法不需要其他類似表面活性劑材料修飾ZnO納米粒子，而僅僅是通過運用溶解度參數(shù)理論調(diào)節(jié)ZnO納米溶液的極性與非極性溶劑比例及種類來制備出較好質(zhì)量的ZnO納米薄膜。通過原子力顯微鏡(AFM)測試，可知所制備的ZnO電子傳輸層薄膜具有較低的粗糙度和較高致密度。該薄膜應用于倒置器件，能夠顯著降低倒置器件漏電流、降低并聯(lián)電阻、促

5、進電子收集，而最終提高了電池器件效率。優(yōu)化后的ZnO薄膜作為電子傳輸層的器件的最高的光電轉(zhuǎn)換效率PCE為2.55％。
　　(3)利用有機溶劑共混的方法制備出了簡便的正置有機無機雜化太陽電池器件。所制備的以P3HT∶ZnO薄膜作為雜化活性層體系的器件的開路電壓最好達到0.61V，填充因子最好達到0.46,器件的光電轉(zhuǎn)換效率PCE為0.6％。通過對P3HT薄膜以及共混結(jié)構(gòu)P3HT∶ZnO薄膜的透射光譜分析可知，隨著ZnO的加入，吸收光