ZnO薄膜的低温溶液法制备及在光电器件中应用

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低温溶液法具有制备工艺简单、易于产业化生产等优点,是大规模、低成本制备大面积光电器件的理想选择。本文研究通过低温溶液法制备ZnO薄膜并将其应用到光电器件中。本文主要研究内容如下:1.低压电泳沉积法制备ZnO纳米晶薄膜:通过60℃下醇溶液中醋酸锌可控水解合成ZnO纳米晶,分析了表面配体对纳米晶溶液稳定性和电泳性质的影响,结果表明带正丁胺配体的ZnO纳米晶溶液在甲醇氯仿混合溶液(V甲醇:V氧仿=4)中带正电,同时具有很好的分散性和稳定性。通过控制电泳电压、电泳时间等参数制备不同厚度的ZnO纳米晶薄膜。通过Raman、XRD对薄膜进行表征,证实为纤锌矿结构;通过SEM、AFM观察薄膜表面形貌,表明ZnO薄膜致密平整;通过UV-Vis-NIR测试了薄膜的透过率曲线(透过率≥80%)。最后,我们将电泳沉积得到的ZnO纳米晶薄膜应用到P3HT:PCBM体系的反型有机太阳能电池中,最高光电转化效率为4.19%,其中柔性电池光电转化效率3.88%,与基于旋涂法制备的反型有机太阳能电池效率相当。2.通过Zn(OH)2(NH3)x氨水络合物前驱体制备ZnO薄膜:常温化学反应合成Zn(OH)2(NH3)x氨水络合物前驱体,由原子吸收光谱得知该溶液浓度为0.11M,该溶液稳定性极好,可在室温条件下存放3个月以上。热重分析表明低温(≤150℃)热处理就可将Zn(OH)2(NH3)x氨水络合物转化为ZnO。通过Raman、XRD对薄膜进行表征,证实为纤锌矿结构;通过SEM、AFM观察薄膜表面形貌,表明ZnO薄膜致密平整;通过UV-Vis-NIR测试了薄膜的透过率(≈90%)。最后,我们将通过Zn(OH)2(NH3)x氨水络合物前驱体制备的ZnO薄膜应用到光电器件中。其中应用于P3HT:PCBM体系的反型有机太阳能电池最高光电转化效率为4.17%;晶体管场效应迁移率0.5cm2V-1s-1,电流开关比高于106
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