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化石能源的过度消耗带来了严重的能源和环境问题，太阳能电池作为可再生清洁能源可将太阳能直接转化为电能，从而成为人们关注的焦点。在太阳能结构中，电子传输层具有非常重要的作用，收集光吸收层产生的光生电子并将电子传输到导电电极，对器件的光电转化效率有直接影响。近年来研究较多的电子传输层材料是多孔纳米TiO2颗粒，而ZnO具有高稳定性，优异的光电性能，良好的形貌可控性等优点而可以作为取代TiO2的材料。同时，ZnO的电子迁移率高且易于制备成一维纳米柱结构，可用作太阳能电池的电子传输层。因此，对ZnO纳米结构的研究成为人们优化太阳能电池结构的热点之一。本文对应用太阳能电池的ZnO纳米柱的制备工艺进行探讨，在优化工艺条件下制备得到形貌整齐、尺寸均匀的ZnO纳米柱阵列，在ZnO纳米柱阵列基础上，制备了ZnO∶Al阵列和ZnO/ZnMgO纳米结构，分别作为电子传输层材料组装太阳能电池器件，并对ZnO纳米柱及优化结构和电池器件进行表征和分析。得到的主要结果如下: Ⅰ.ZnO纳米柱和纳米管阵列的制备及光电性能表征 采用水浴法在ZnO种子层上生长ZnO纳米柱阵列，从种子液浓度、种子膜层数、生长液浓度、生长时间以及生长液是否添加PEI对ZnO纳米柱形貌的影响进行了研究，得出0.2 mol/L的种子液、种子膜层数为5层时得到的ZnO种子层在不添加PEI、生长液浓度为0.02 mol/L、生长3h时能够获得整齐的ZnO纳米柱阵列，纳米柱沿c轴取向生长，尺寸均匀，直径约150nm。采用二次水浴生长的方式刻蚀得到ZnO纳米管，二次水浴温度为50℃、水浴时间为三小时时形成了中空的纳米管结构，管壁较薄约为20 nm。 采用两步法制备结构为Ag/P3HT/CH3NH3PbI3/ZnO/FTO的钙钛矿太阳能电池器件。通过测试电池器件的伏安特性曲线来考察电池性能，得到ZnO最佳水浴生长条件为75 min，器件的最高光转化效率为4.72％，填充因子为0.43。 Ⅱ.ZnO∶Al纳米柱阵列的制备及光电性能表征 在ZnO纳米柱阵列基础上，采用水浴法制备了不同掺杂比例的ZnO∶Al纳米柱阵列并对其形貌、结构和元素组成进行表征。掺杂后，纳米柱阵列光透过率提高且表面方块电阻下降。将ZnO∶Al纳米柱阵列作为电子传输层应用于PSCs器件中，在低掺杂浓度(1％)时得到最佳器件性能，光转化效率达到5.78％，填充因子提高到0.54。 Ⅲ.ZnO/ZnMgO纳米结构的制备及光电性能表征 利用溶胶凝胶法在ZnO纳米柱表面负载ZnMgO层，形成类“核壳结构”的ZnO/ZnMgO纳米结构。实验证明:ZnMgO层的光学禁带宽度要略大于ZnO纳米柱。将ZnO/ZnMgO纳米结构作为电子传输层应用于PSCs器件中，ZnO/Zn0.95Mg0.05O基电池器件的最高光转化效率达到7.65％，填充因子提高到0.58。