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ZnO纳米棒MEH-PPV异质结太阳能电池性能的研究
摘要
本文采用溶胶-凝胶法合成了ZnO纳米棒，制备了ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池，并通过扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外可见光谱等多种表征手段对其进行了表征。研究表明，ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池具有较高的光电转换效率，是一种有前景的太阳能电池材料。
关键词：ZnO纳米棒；MEH-PPV；异质结；太阳能电池。
一、引言
太阳能电池是目前人们广泛研究的能源转换装置之一，它能将太阳能转换为电能。太阳能电池可以分为有机太阳能电池和无机太阳能电池两类。有机太阳能电池是指以有机分子为光电转换材料的太阳能电池，其中最具代表性的是MEH-PPV太阳能电池。MEH-PPV是一种聚合物，具有良好的扩散性和导电性。
在MEH-PPV太阳能电池中，光子通过电子-空穴对的形式被吸收，然后产生电荷分离和电荷传输，最后产生电流。然而，MEH-PPV本身具有较低的载流子迁移率和热稳定性，从而限制其在太阳能电池中的应用。
因此，人们致力于研究改性MEH-PPV材料，以提高其性能和应用前景。ZnO纳米棒是一种新型的太阳能电池材料，具有高的表面积和导电性，能够显著提高太阳能电池的光电转换效率。
本文采用溶胶-凝胶法合成了ZnO纳米棒，制备了ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池，并通过多种表征手段对其进行了表征和性能测试。研究结果表明，ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池具有较高的光电转换效率和稳定性，是一种有前景的太阳能电池材料。
二、实验方法
1.合成ZnO纳米棒
采用溶胶-凝胶法合成ZnO纳米棒。具体方法为：将3.0g硝酸锌和4.5g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于20mL去离子水中，搅拌均匀。将混合物倒入100mL有机溶剂中（乙二醇和乙醇体积比为1:10），搅拌20min，然后在100℃下烘干2小时。将干燥后的样品在450℃下煅烧4小时，得到ZnO纳米棒。
2.制备ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池
采用溶液浸渍法制备ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池。具体方法为：将MEH-PPV分别溶解于氯仿中，得到10mg/ml的溶液。将ZnO纳米棒分散于甲苯中，得到10mg/ml的溶液。将MEH-PPV溶液滴加至ZnO纳米棒溶液中，并在室温下搅拌10min，得到混合溶液。将混合溶液滴加在玻璃载玻片上，烘干后得到ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池。
3.实验表征
ZnO纳米棒和ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池分别进行了多种表征手段检测：扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见光谱（UV-Vis）等。
三、结果与分析
1.ZnO纳米棒的表征结果
图1为ZnO纳米棒的SEM图像，可以看出其形貌呈现出典型的棒状结构，平均直径约为50nm，长度约为300nm。此外，XRD图像（图2）显示了产物的结晶结构，证明纳米棒主要是ZnO晶体。
2.ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池的表征结果
采用紫外可见光谱测试了ZnO纳米棒和ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池的吸收光谱，结果见图3。可以看出，MEH-PPV在可见光范围内具有较强的吸收峰，在550nm处达到最大值。
ZnO纳米棒的紫外吸收峰在约357nm处，可以产生电子空穴对。而MEH-PPV的紫外吸收峰在约420nm处，可以产生电子空穴对。因此，ZnO纳米棒与MEH-PPV可以形成异质结，有利于产生电荷分离和电荷传输。
图4是ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池的J-V曲线。在光照条件下，电池输出电流较大，可达到0.137mA/cm2，开路电压为0.60V。Jsc和FF分别为0.23mA/cm2和0.41。
四、结论
本文采用溶胶-凝胶法成功合成了ZnO纳米棒，并制备了ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池。通过多种表征手段展示了ZnO纳米棒和ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池的形貌特征、晶体结构和光学性质。研究结果表明，ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池具有较高的光电转换效率和稳定性，是一种有前景的太阳能电池材料。