论文摘要：氧化锌纳米结构太阳电池的制备及其光电性能的研究

太阳电池能够将日光直接转换成电能，能提供低成本而近乎永恒的动力，且几乎没有污染，因此在太空中及地球上的应用均非常广泛。长期以来，研究者致力于硅基太阳电池的研究，但是由于硅基太阳电池成本很高，很难替代常规能源，被更大规模的使用。染料敏化太阳电池（DSC）由于具有可持续发展性、环境友好性和简单的制备工艺以及低成本等优点成为了世界范围内的研究热点。DSC光电转化效率受阳极材料，染料，电解液，对电极以及封装工艺等诸多因素的影响。本文采用气相沉积的方法，以FTO玻璃作为基底，合成出了具有缓冲层的ZnO纳米线阵列，并将它们作为太阳电池的光阳极材料。在实验过程中，对样品进行了形貌及结构分析。与此同时，研究了一维纳米结构对太阳电池电性能的影响。本文的研究内容及主要研究结果如下：
首先，采用化学气相沉积的方法制备出了具有缓冲层的ZnO纳米线阵列。该方法与传统的CVD法相比，合成温度低，在反应过程中不需要金属催化剂及ZnO晶种。合成出的纳米线阵列具有高密度，大规模，结晶性好的特点。并且每根纳米线自组装的垂直于基底，没有弯曲和连接。这使得ZnO纳米线阵列在太阳电池领域有很好的应用前景。在研究过程中讨论了基底的位置，真空度对产物形貌的影响，得出了最佳实验条件。
其次，将所制得的ZnO纳米线阵列和商业ZnO纳米颗粒用于太阳电池光阳极。研究表明，以ZnO纳米线阵列作为阳极的太阳电池的电性能优于以ZnO纳米颗粒作为阳极的电池。这是由于纳米线为电子的传输提供了直接的路径，避免了光生电子在晶界被捕获以及通过晶界传输时与电解液中I3-发生的重新复合。本文仅仅比较了阳极材料的形貌对电性能的影响，并且给出了电子在纳米颗粒薄膜与纳米线阵列中的传输机制。
接下来，对不同尺寸的纳米线阵列的光电性能进行了比较，发现随纳米线长度增加，电池的光电性能增强；随纳米线密度增大，电池光电性能增强。并解释了不同尺寸的纳米线阵列电性能不同的原因。

随后，将制得的具有缓冲层的纳米线阵列作为太阳电池的光阳极。讨论了缓冲层厚度对电池光电性能的影响。研究表明，当缓冲层较厚时，反射和吸收了一部分入射光，电池的光电性能下降；适当厚度的缓冲层能够阻碍光生电子在FTO导电玻璃表面与电解液中I3-重新复合，可以提高电池的光电性能。当电池的有效面积是1cm2时，具有适当厚度缓冲层ZnO纳米线阵列作为光阳极，电池具有高的短路电流（Isc），开路电压（Voc）和填充因子（FF），分别是0.153 mA, 0.93 V, 66.2 %。降低电池有效面积到4mm2时，短路电流密度（Jsc）为4.3 mA·cm-2。

最后，制备纳米CuSCN以及不同尺寸的Cu2O，将得到的CuSCN，Cu2O与ZnO纳米颗粒组装成异质结太阳电池测其光电性能。研究表明，随Cu2O颗粒的减小Cu2O/ZnO异质结太阳电池光电性能增强，并比较了CuSCN/ZnO与Cu2O/ZnO异质结太阳电池的光电性能，解释了CuSCN/ZnO电性能比Cu2O/ZnO好的原因。

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