SnO2 纳米棒阵列的可控化制备及其在太阳能电池应用中的研究

Nowadays, quantum dots sensitized solar cells become a hot research topic, by means of one-dimensional structure of nanorod arrays with unique advantages, and combined with the carrier of high separation efficiency for semiconductor heterojunction. Moreover, improving the structure of the solar cell, can effectively enhance the photoelectric conversion efficiency of the cells, especially the introduction of dense layer (barrier layer), which effectively reducing the occurrence of reverse current between the electrolyte and the substrate interface in terms of interface charge transfer. The project target is planned to prepare nanorod arrays of various properties controlled by low-temperature thermal evaporation approach. 1) To research into thin dense SnO2 nanorod arrays as the dense layer (barrier layer) for the solar cells, the influence of the introduction of SnO2 dense layer will be explored. The thickness and the growth orientation of the dense layer effect on the photovoltaic performance of quantum dots sensitized TiO2 (ZnO) solar cells will also be discuss in the study. The transmission mechanism of interface charge between the SnO2 dense layer and the TiO2 (ZnO) layer will be investigated. 2) For the photoelectric performance research of the appropriate length and good dispersion SnO2 nanorod arrays solar cells by the semiconductor quantum dots sensitized, which can formⅡ-type heterojunction structure with the SnO2 semiconductor. The thickness and composition of narrow band gap semiconductor quantum dots absorption layer will be optimized.

借助于一维结构和纳米棒阵列独特的优势，结合半导体异质结对载流子较高的分离效率，量子点敏化太阳能电池成为现今研究的热点。而改善太阳能电池的结构，可以有效的提高电池的光电转换效率，特别是致密层(阻挡层)的引入，在界面电荷传输方面，有效的减少了电解质与衬底界面间逆电流的发生，对于提高电池的光电转换效率有着重要的意义。本项目拟采用低温热蒸发法制备出部分属性可控的SnO2纳米棒阵列: 1) 对薄型致密的SnO2纳米棒阵列开展作为太阳能电池致密层(阻挡层)的研究，探寻SnO2致密层的引入及致密层的厚度和生长取向对量子点敏化TiO2(ZnO)太阳能电池整体光电性能的影响，探究SnO2致密层与TiO2(ZnO)主体层界面电荷的传输机制。2) 对适当长度、分散性较好的SnO2纳米棒阵列开展与其能带匹配，且可形成Ⅱ型异质结的量子点敏化太阳能电池光电性能的研究。对窄禁带半导体量子点光吸收层的厚度和组成进行优化。

本项目的研究主要围绕着获得快速、有效、简单、部分属性可控的SnO2纳米棒结构薄膜的制备方法进行，并对所获得的SnO2薄膜开展相关太阳能电池性能的研究。研究内容主要包括：(1) SnO2纳米棒结构薄膜的可控化制备。(2) 以薄型、高透光性的SnO2纳米棒致密结构为致密层的TiO2纳米结构的制备及其光电性能的研究。(3) 对获得的SnO2纳米结构薄膜开展相关太阳能电池光电性能的研究等。本项目经过三年的研究基本完成了预期研究目标，主要获得如下研究结果：(1) 采用衬底、蒸发源等温的热蒸发方法，在空气氛围、600℃条件下制备出了不同属性的SnO2纳米棒结构薄膜，我们对蒸发温度、保温时间、升温速率、前驱物的量和比例进行了系统的研究，实现了SnO2纳米棒结构薄膜的厚度、分散性、致密性、透光性、P-N型可调、可控。(2) 制备出了尺寸和生长取向可调的薄型、高透明性、致密的SnO2 纳米棒结构薄膜，获得了以其为致密层的多种TiO2纳米结构，并开展了相关太阳能电池性能的研究；(3) 掌握了一种在酸性条件下可直接在FTO导电玻璃衬底上生长SnO2纳米颗粒薄膜的方法；(4) 制备出了具有较好光电性能和光催化性能的SnO2 纳米异质结构，并对其相应机制进行了合理的解释。除此之外，我们还利用氧化SnS纳米结构薄膜的方法间接制备出了特殊形貌结构的SnO2薄膜，为后续相关太阳能电池性能的研究做了很好的铺垫。本项目研究的开展为SnO2纳米棒结构薄膜的制备提供了新途径，而这种结构往往是其它方法所不易实现的，具有简单、易实现的特点，这为太阳能电池电子传输层和致密层的研究提供了新的结构，有利于相关太阳能电池性能的提高。项目中我们还发现当使用大剂量单一锡源进行热蒸发实验时，可以实现薄膜样品由N型半导体向P型半导体的转变，这为P型SnO2的制备提供了一种新途径，也是其它研究工作所没有发现的。