在KOH溶液中使用湿法蚀刻制备具有ZnO纳米管的倒置有机太阳能电池

摘要

我们讲述了倒置有机太阳能电池(IOSCs)的光伏(PV)性能。氧化锌薄膜采用简单的水溶液路线沉积在ITO/玻璃溶液上。氧化锌薄膜通过湿化学蚀刻得到氧化锌纳米结构。与使用氧化锌薄膜的IOSC相比，用氧化锌纳米制备的IOSCs中短路电流的增加，主要是由于PCE增强后电荷传输界面面积的增加。这项工作提出了一种制造具有更大电荷传输面积的高效光伏器件的方法，以备未来的前景。

介绍

为了提高界面稳定性和防止器件降解，含有半导体氧化物材料的IOSCs正在被广泛研究。这些结构通过用高功能材料取代低功能金属阴极并通过引入无机材料来增加器件的使用时间。进一步增强PCE的一种方法是引入各种半导体氧化物纳米结构作为电子传输层，因为它们电和光学性能优异以及与薄膜相比面积大。

在这项工作中，具有氧化锌（氧化锌）纳米所有电子传递层的有机太阳能电池的光伏(PV)性能由于其界面面积的增加而增强了电荷传输。采用简单的水溶液路线制备氧化锌薄膜，采用氢氧化钾溶液中氧化锌薄膜的湿化学法制备氧化锌纳米片。与氧化锌薄膜的IOSC相比，在模拟空气质量(AM)为1.5(1.5G，100mW/cm2光照下，氧化锌纳米片制备的IOSC的PCE增加了44%。

实验

通过水溶液途径将ZnO薄膜沉积到氧化铟锡(ITO)/玻璃基底上。为了沉积薄膜，首先通过在0.1 mM醋酸锌脱水物99.99% (Zn(C2H3O2 ) 2)溶于乙醇(100 ml)的混合溶液中浸涂10分钟将种子层涂覆到基底上。将沉积的衬底在150 ℃下加热10分钟，该过程重复七次。此后，将seedcoated基底浸入0.05 M硝酸锌六水合物99.90% (Zn(NO32)6H2O)和0.05 M六亚甲基四胺99.00% (C6H12N4)溶解在乙醇/去离子水中(体积% = 1∶1)的溶液中 在90 ℃下1.5小时。用去离子水冲洗生长的ZnO薄膜，并在100 ℃的热板上干燥。在50 ℃下，通过在0.2 M KOH中湿法化学蚀刻ZnO薄膜样品10分钟和15分钟来制备ZnO纳米壁。用deionized水冲洗生长的ZnO纳米壁，并在100 ℃的热板上干燥。此后详细实验过程：略

结果和讨论

图2显示了氧化铟锡/玻璃衬底上氧化锌薄膜和纳米壁的XRD图案。ZnO薄膜的XRD图谱显示了与ZnO六方纤锌矿晶体相关的(101)、(102)和(103)峰的优势(002)峰。尽管如图2(b)所示，通过蚀刻10分钟制备的ZnO纳米壁的(002)峰强度没有显著变化，但是观察到的峰强度有显著变化通过蚀刻15分钟制备纳米壁。XRD图的这种变化表明ZnO薄膜沿c轴溶解，与表面形态一致。

图2 氧化锌薄膜(a)和氧化锌纳米片的XRD图案通过蚀刻在ITO/玻璃基板上：(b)10min，(c)15min

表一总结了用薄膜和namowalls制备的IOSCs的PV性能。这些数据表明，通过引入氧化锌纳米片，PCE提高了44%，从1.254%提高到1.811%。PV性能的实质性改善可以用两种方式来解释。原因之一是氧化锌namowalls与活性层之间的电荷传输界面面积增加，其面积更大，有利于大量电子载流子的输运。对于具有氧化锌薄膜的IOSCs，薄膜与有机材料之间的电荷传输界面较小，大多数远离有源层的光源电子不能到达界面，远离界面的重组概率较大。对于带有氧化锌纳米瀑布的IOSCs，在用有机材料填充氧化锌纳米瀑布之间的空间后，电荷输运面积大大增加，并且大部分光生成电子能够在重组前到达界面，从而导致JSC的增加。

表一 IOSC的性能细节（VOC、JSC、FF和PCE）

结论

我们已经证明，与薄膜相比，用氧化锌纳米namowalls制备的IOSCs的PCE增强了44%。结果表明，氧化锌纳米管对IOSCs的PCE增强是由于氧化锌纳米管与活性聚合物共混层之间电荷传输面积增加。