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1、界面 SAMs层修饰对 CdS量子点敏化 ZnO纳米棒太阳能电池性能的影响量子点敏化太阳能电池 (QDSSCs)是兼具低成本和高理论转换效率的第三代太阳能电池之一。但因量子点附着率低以及界面处电子空穴复合率高, 其光电转换效率始终低于染料敏化太阳能电池。而光阳极表面修饰是解决上述问题, 提高 QDSSCs光电转换效率的有效手段之一。本论文以 CdS量子点敏化 ZnO纳米棒QDSSCs太阳能电池为研究对象 , 选用适当的有机自组装分子层 (SAMs)修饰 ZnO纳米棒光阳极表面 , 研究其对 Zn O光阳极光学性能和 QDSSCs光伏性能的影响 , 并揭示其影响机制。取得的创新性研究结果如下:
2、首先 , 利用两步 CBD法制备了一次生长和二次生长的 ZnO纳米棒 , 并将其作为光阳极材料制作QDSSCs。结果表明二次生长ZnO纳米棒 QDSSCs的光电转换效率比一次生长的提高了41%。这是因为 : 二次生长使ZnO纳米棒的长度变长 , 衬底上单位面积 ZnO纳米棒阵列的表面积增加, 其表面上的 CdS QDs的附载量相应增加 , 因而在同样的光照射条件下产生更多的光电子,短路电流密度增大 , 致使电池光电转换效率提高。 其次 , 用浸泡法在 ZnO纳米棒的表面沉积 3-PPA SAMs层, 研究 3-PPA溶液浓度和浸泡时间对QDSSCs光伏性能的影响。当浸泡浓度为 0.01M, 浸
3、泡时间为 1min 时, 电池的能量转换效率最高 (1.36%) 。这是因为 :3-PPA 层修饰有效钝化了 ZnO纳米棒表面缺陷 , 抑制了电子空穴的复合过程。而紫外光电子能谱 (UPS)证实 3-PPA 层在 ZnO和 CdS间形成能级势垒 ,有效阻碍电子的背向过程。再次, 用含有相同膦酸头基、不同尾基的SAMs层(3-PPA、 BPA、APPA)修饰 ZnO纳米棒光阳极。结果表明 3-PPA可以有效提高电池效率至1.41%, 而 BPA和 APPA修饰则导致电池效率降低。这是因为三种 SAMs层的尾基不同 ,3-PPA 的尾基是 -COOH,BPA和APPA的尾基分别是 -CH3和-NH
4、2。-COOH是吸电子基团 , 减小了 ZnO的表面功函数 , 在 ZnO和 CdS之间形成一个能级势垒 , 有效地阻碍了电子的背向过程 , 而-CH3和-NH2是给电子基团 , 增大了 ZnO的表面功函数 , 不利于光电子的传输。 最后 , 用三种不同的苯甲酸的衍生物, 即具有相同的羧酸头基和不同尾基的MBA、BBA和 FBA作为 SAMs来修饰 ZnO纳米棒表面。MBA/ZnO和 BBA/ZnO的界面偶极矩都是朝着ZnO表面的 , 因此 MBA/ZnO和BBA/ZnO的功函数减小 , 即在 CdS和 ZnO之间形成了一个能级势垒, 有效地阻碍电子的背向过程 , 使得电池效率提高。而FBA/ZnO的界面偶极矩都是背向ZnO表面的 , 因此 FBA/ZnO的功函数增大 , 使 ZnO和 CdS间带阶增大 , 不利于光生电子的传输 , 导致电池效率降低。