ZnO纳米阵列基钙钛矿太阳能电池的光电性能分析

摘要：

近年来钙钛矿材料CH3NH3PbX3(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TiO2,制备出ZnO/TiO2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TiO2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,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TiO2浆料浓度对电池性能的影响表明,当TiO2浓度为0.1 mol/L时得到最佳性能,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

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资助基金：国家自然科学基金批准号:51372075和湖北省自然科学基金编号:2015CFB293资助项目

在线出版日期：2016-07-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：451-457