一维氧化锌纳米锥阵列的制备及其在太阳电池中的应用

增强太阳电池对光的吸收以及促进光生载流子向外电路的传输，是提高光伏器件效率的两个重要途径。研究表明在薄膜太阳电池中引入纳米结构，能显著提高电池的光学性能，同时其光电转换效率也有了明显的提高。但是纳米结构的制备常面临成本高、工艺复杂、面积小的缺点。针对这一问题，本文利用成本低廉且操作简便的方法制备了较大面积的氧化锌（ZnO）纳米锥阵列，并将该结构作为衬底，应用于单结非晶硅薄膜电池中。本文首先利用直流磁控溅射法在玻璃表面制备ZnO:Al （AZO）薄膜，将其作为种子层，随后使用溶液法在上述种子层上生长ZnO纳米棒阵列；探索Zn（NO3）2/HMT与Zn（Ac）2/HMT两种生长液体系中溶液浓度及1,3-丙二胺、NaCl两种添加剂对ZnO纳米阵列形貌的影响；鉴于种子层在ZnO生长过程中起到降低成核能的重要作用，通过种子层的腐蚀调节了ZnO纳米阵列的间距；另外，为了提高ZnO纳米阵列的界面性能，在其表面溅射了一层AZO薄膜，从而对其形貌进行改进，制备出了ZnO纳米锥阵列结构。将改进后的ZnO纳米阵列应用于p-i-n与n-i-p两种结构的单结非晶硅薄膜电池中。为了比较，利用相同条件沉积吸收层材料，制备平面结构电池。结果表明，三维p-i-n非晶硅薄膜电池短路电流达到15.43mA/cm2，较平面电池高21%，电池的效率达到7.03%，较平面电池高9.16%。对于n-i-p非晶硅薄膜电池，三维电池短路电流达到12.19mA/cm2，电池效率达到5.47%，相对平面电池分别提高36.97%和32.77%。