納米ZnO材料在染料/量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中的研究進(jìn)展＊

胡璟璐，徐婷婷，陳立新，馬騰博，衛(wèi)鵬麗

(西北工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，西安 710129)

納米ZnO材料在染料/量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中的研究進(jìn)展＊

胡璟璐，徐婷婷，陳立新，馬騰博，衛(wèi)鵬麗

(西北工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，西安 710129)

ZnO是一種性能優(yōu)異的環(huán)保半導(dǎo)體材料，其具有合成原材料來(lái)源豐富、制備條件簡(jiǎn)單、形貌結(jié)構(gòu)易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于能源、信息、環(huán)境等領(lǐng)域。在染料/量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中，ZnO通常被用作光陽(yáng)極材料，負(fù)載光吸收劑，同時(shí)接收和傳輸電子。通過(guò)發(fā)揮其結(jié)構(gòu)易控制的優(yōu)點(diǎn)，一系列不同的ZnO納米結(jié)構(gòu)，如納米球，納米線，納米片或納米花等被用于敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極，從而極大地提高了敏化太陽(yáng)能電池的性能。綜述將主要從單一納米結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)納米ZnO材料進(jìn)行介紹，討論了不同ZnO結(jié)構(gòu)在染料/量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中的最新研究進(jìn)展，并對(duì)電池光電性能的進(jìn)一步提升提出新的展望。

ZnO；敏化太陽(yáng)能電池；多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)；納米材料

0 引 言

隨著傳統(tǒng)不可再生能源的日趨枯竭和工業(yè)化社會(huì)的不斷發(fā)展，新型能源受到了越來(lái)越多的研究關(guān)注。太陽(yáng)能作為一種清潔可再生能源，取之不盡，用之不竭，合理地開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能成為了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究者們的研究熱點(diǎn)。1991年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Michael Gr?tzel教授課題組報(bào)道了光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)7.1%的染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)[1]。隨后，染料敏化太陽(yáng)能電池取得了持續(xù)不斷的發(fā)展，現(xiàn)已達(dá)到了13%的高轉(zhuǎn)換效率[2]。目前，一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)展了關(guān)于染料敏化太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化探索研究，充分展示出了DSSCs具有的良好應(yīng)用前景。敏化太陽(yáng)能電池主要由敏化的光陽(yáng)極、對(duì)電極和電解液三部分組成[3-4]。在染料敏化太陽(yáng)能電池中，常用的光吸收劑主要是有機(jī)染料，如以金屬釕(Ru)為配位的有機(jī)染料N719，N3，以及葉綠素中的主要成分卟啉等[5]。通過(guò)將染料吸附于光陽(yáng)極材料上，可以增強(qiáng)電池對(duì)光子的捕獲能力。量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池(Quantum-Dot Sensitized Solar Cells, QDSSCs)是將染料敏化太陽(yáng)能電池中的有機(jī)染料取代為具有一定光吸收能力的無(wú)機(jī)量子點(diǎn)材料，并采用多硫電解質(zhì)體系和金屬硫化物對(duì)電極組裝而成的一類(lèi)太陽(yáng)能電池。與DSSCs相比，QDSSCs優(yōu)點(diǎn)為量子點(diǎn)大小可調(diào)，消光系數(shù)較大，有較高的穩(wěn)定性和潛在多激子效應(yīng)[6-8]。在敏化電池工作時(shí)，敏化劑中的基態(tài)電子受光激發(fā)從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的電子迅速注入到光陽(yáng)極材料的導(dǎo)帶中，再通過(guò)外電路到達(dá)對(duì)電極，而氧化態(tài)的敏化劑則被電解液中的還原態(tài)離子還原，以此完成一個(gè)工作循環(huán)[9]。

作為敏化太陽(yáng)能電池的重要組成部分，光陽(yáng)極的性能決定了電池的效率。為了保證光陽(yáng)極可以源源不斷的產(chǎn)生光致電子-空穴對(duì)，以帶動(dòng)電池的工作，光陽(yáng)極材料需要滿(mǎn)足以下兩方面的要求：(1)可供敏化劑吸附的較大比表面積，只有吸附了足夠的敏化劑材料，才能更多的捕獲太陽(yáng)光；(2)作為電荷分離和傳輸?shù)妮d體，光陽(yáng)極要利于激發(fā)電子的傳輸，并且盡量減少電荷在傳輸過(guò)程中的復(fù)合。目前光陽(yáng)極使用較多的有TiO2、ZnO和SnO2等半導(dǎo)體材料。納米ZnO由于其具有成本較低，易結(jié)晶以及帶隙寬度合適等優(yōu)點(diǎn)，成為了繼TiO2之后，又一種優(yōu)異的光陽(yáng)極材料，其電子遷移率甚至比TiO2更高[10]，正因?yàn)槿绱?，ZnO材料得到了廣泛的研究，并使其在電子[11]，納米儀器[12]，傳感器[13]，光催化[14-15]，醫(yī)藥和環(huán)境科學(xué)[16]，場(chǎng)致發(fā)射[17-18]和光電化學(xué)電池[19-21]中都得到了一系列的應(yīng)用。由于ZnO材料也存在一些缺點(diǎn)：(1)ZnO穩(wěn)定性不高，容易被電解液腐蝕，使得電池效率下降，壽命縮短；(2)膜表面電子的復(fù)合情況較嚴(yán)重；(3)捕獲光能力較低等，使得ZnO材料仍需要進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化的主要方向則集中在改變納米ZnO的結(jié)構(gòu)，以減小光陽(yáng)極膜表面缺陷，提高電子傳輸能力，同時(shí)通過(guò)對(duì)表面進(jìn)行改性處理，降低電子的復(fù)合情況。

本綜述將主要從單一納米結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)納米ZnO材料進(jìn)行介紹，并討論基于這些結(jié)構(gòu)的ZnO光陽(yáng)極材料在敏化太陽(yáng)能電池中，對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的影響，討論不同ZnO結(jié)構(gòu)在染料/量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中的最新研究進(jìn)展，并對(duì)電池光電性能的進(jìn)一步提升提出了新的展望。本文將為后續(xù)研究起到一定的指導(dǎo)作用。

1 單一結(jié)構(gòu)ZnO納米材料作為敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極材料的研究：表面積的提高

單一結(jié)構(gòu)的納米ZnO材料如0維的納米顆粒(ZnO NP)，或一維的納米線(ZnO NW)以及二維的納米片(ZnO NSs)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備過(guò)程較為簡(jiǎn)便。其中0維結(jié)構(gòu)的ZnO NP由于比表面積較低，獨(dú)立的顆粒結(jié)構(gòu)又導(dǎo)致了晶界和晶面的缺陷眾多，并且其表面的電子傳遞主要依靠于擴(kuò)散而不是漂移的方式，使得電荷復(fù)合現(xiàn)象嚴(yán)重[4]，因此單獨(dú)使用ZnO NP材料制得的敏化電池效率并不高。J.Deng等[22]制備的納米線則由于其獨(dú)特的線性結(jié)構(gòu)(圖1)，既增加了比表面積，又為電子的傳遞提供了一條直接的通道，從而提高了電子的傳遞效率，同時(shí)獨(dú)立的線性材料也避免了相互之間的電子復(fù)合，以此為光陽(yáng)極材料制得的QDSSCs達(dá)到了2.17%的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖1 ZnO NWs 的FE-SEM圖(側(cè)面)

Fig 1 Typical FE-SEM images (side view) of ZnO NWs

Chen L等[23]在此基礎(chǔ)上，將普通的NW結(jié)構(gòu)調(diào)整為多孔結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用于DSSCs中，與普通NW材料制得的DSSCs(PCE=0.2522%,圖2(a))進(jìn)行比較后證實(shí)，多孔結(jié)構(gòu)(圖2(b))使NW的比表面積迅速增加，制得的DSSCs的效率也有了明顯的提高(PCE=3.057%)。除了納米線， Shi Y[24]]等通過(guò)在瑪瑙研缽中將Zn(NO3)2·6H2O和NaOH粉末混合研磨，制得了ZnO納米片材料(圖3(a))，其互相連接的結(jié)構(gòu)有助于電子的傳輸(圖3(b))。除此之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)熱處理的溫度對(duì)最終制得的ZnO納米片光陽(yáng)極的性能有較大的影響，原因在于熱處理溫度一方面會(huì)影響膜的比表面積，即隨著溫度上升，比表面積逐漸下降(110 ℃時(shí)為20.55 m2/g，250 ℃時(shí)為19.02 m2/g)，而另一方面又可以通過(guò)升高溫度打通甚至拓寬染料沉積的通道，從而在增加染料沉積量的同時(shí)又利于電子的傳輸，降低電荷復(fù)合幾率。經(jīng)過(guò)EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy，電化學(xué)阻抗譜)的測(cè)試表征，最終確定了制備光陽(yáng)極的最優(yōu)溫度，并使得電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了6.46%。

圖2 ZnO NWs的SEM頂視圖圖像(氫氧化銨物質(zhì)的量濃度為0.36 mol/L，磁力攪拌速度為0.95)

Fig 2 Top-view SEM images of ZnO NWs with growth times

圖3 (a)使用高倍陽(yáng)離子SEM的圖像展示了高度混亂的納米堆砌結(jié)構(gòu),(b)光陽(yáng)極的典型結(jié)構(gòu)示意圖

Fig 3 (a) SEM image with higher magnification showing the highly chaotic and nanostructured building blocks, (b) Schematic diagram of the typical nanostructures in the photoanode

單一結(jié)構(gòu)的ZnO材料雖然制備簡(jiǎn)單，但是受材料結(jié)構(gòu)所限，其比表面積仍然較低，造成敏化劑的沉積量較少，無(wú)法捕獲足夠的光子，影響電池效率的提高。為了彌補(bǔ)單一結(jié)構(gòu)的不足，研究人員嘗試將不同結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料進(jìn)行組合以得到多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)(Hierarchical Structures, HSs)，獲得多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法主要有：如疊加或直接物理混合，以及化學(xué)方法，即通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成出具有多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料，可以達(dá)到改善電池性能的目的。

2 多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)ZnO材料作為敏化電池光陽(yáng)極材料的研究：物理方式構(gòu)筑

目前，文獻(xiàn)上已有報(bào)道采用物理方法制備多層ZnO光陽(yáng)極膜結(jié)構(gòu)的電池。S.Y.Lin 等[25]使用了疊加的方式來(lái)制備ZnO光陽(yáng)極膜(圖 4)，即先在ITO-PET玻璃上預(yù)涂一層直徑5 nm的ZnO NP，再刮涂一層直徑為20 nm的ZnO NP，最后通過(guò)使用室溫下的化學(xué)浴法(Room-Temperature Chemical Bath Deposition,RT-CBD)在ZnO膜上生長(zhǎng)出一層由納米顆粒和納米聚集體構(gòu)成的ZnO多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過(guò)上述幾種不同納米結(jié)構(gòu)的疊加，ZnO光陽(yáng)極的比表面積得到了增加，光電轉(zhuǎn)換效率結(jié)果也證明了ZnO RT-A的IPCE要高于單一的ZnO NP，電池效率從1.84%提高至4.11%，其中Voc(開(kāi)路電壓)為0.64 V，Jsc(短路電流密度)為9.46 mA/cm2。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高電池效率，研究者在膜表面刮涂了一層圓盤(pán)形的ZnO散射層，其直徑為200～500 nm，厚度在40～70 nm，并通過(guò)改變散射層厚度，使得散射層厚度為3.0 μm時(shí)的電池效率達(dá)到了5.16%，其中Voc為0.65 V，Jsc為11.90 mA/cm2。由此可見(jiàn)，散射層主要提高了電池的Jsc。同樣是采用物理方法進(jìn)行組合，T.Bai[26]等使用了一種更為簡(jiǎn)便的方法，即將ZnO NRs和NSs材料按比例進(jìn)行混合，并研究了不同比例的混合材料對(duì)電池光電效率的影響，得到了在ZNRs∶ZNSs配比為1∶12的條件下，光電效率為6.02% 的DSSCs。

圖4 (a) ZnO NP and (b) ZnO RT-A 光陽(yáng)極的SEM截面圖(c) ZnO RT-A光陽(yáng)極的SEM正視圖

Fig 4 Cross-sectional-view SEM images of (a) ZnO NP and (b) ZnO RT-A anodes, (c) Top-view SEM image of ZnO RT-A anode

3 多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)的ZnO材料作為敏化電池光陽(yáng)極材料的研究：化學(xué)方式制備多級(jí)結(jié)構(gòu)

使用化學(xué)方式可以將不同的ZnO結(jié)構(gòu)直接生長(zhǎng)在光陽(yáng)極基底上，或是合成多種結(jié)構(gòu)復(fù)合的納米材料然后刮涂在光陽(yáng)極基地上制得到多級(jí)結(jié)構(gòu)納米膜，與物理手段相比，不同結(jié)構(gòu)之間由于是通過(guò)化學(xué)鍵進(jìn)行連接，其相互之間的聯(lián)系更為緊密，因此可以減少光陽(yáng)極材料中的缺陷，有利于電子的傳輸，再加上不同結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)勢(shì)，使其在光電池中發(fā)揮出獨(dú)特的性能。J.Tian等[27]通過(guò)將ZnO種子溶液涂覆在ITO玻璃上，使得ZnO 納米棒(ZnO NRs)可以生長(zhǎng)在ITO的表面，然后再將其浸入用于制備ZnO NSs的前驅(qū)體溶液中，使ZnO NRs表面被ZnO NSs覆蓋，最終得到了沉積ZnO NRs-NSs結(jié)構(gòu)的QDSSCs的光陽(yáng)極(圖 5)。通過(guò)氮吸附等溫線證實(shí)發(fā)現(xiàn)(圖 6)，混合結(jié)構(gòu)的ZnO NRs-NSs的表面積(31.5 m2/g)要明顯大于單一的ZnO NRs結(jié)構(gòu)(14.3 m2/g)。由此說(shuō)明ZnO NRs-NSs結(jié)構(gòu)對(duì)增加QDs的沉積量有明顯的促進(jìn)作用。

多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅可以提高ZnO光陽(yáng)極材料的比表面積，還可以提高電子在光陽(yáng)極中的傳輸能力。J.Tian等使用EIS進(jìn)一步證明了ZnO NRs-NSs可以提高電子壽命并降低電荷的復(fù)合，即ZnO NRs-NSs的Rct(電子在ZnO傳輸過(guò)程中的界面復(fù)合電阻)(101.2 Ω/cm2)要高于單一ZnO NRs的Rct(66.4 Ω/cm2)，這也證明了ZnO NRs-NSs可以提高QDSSCs的Jsc,FF(填充因子)和Voc。并且QDSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率可以從單一結(jié)構(gòu)下的1.37%，提高至復(fù)合結(jié)構(gòu)的3.28%。在制備ZnO NSs結(jié)構(gòu)過(guò)程中，J.Tian等[28]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合溶液的溫度由60 ℃升到70 ℃后，生成的納米片結(jié)構(gòu)將開(kāi)始聚集，形成由片狀結(jié)構(gòu)組合的微球(ZnO MSs)，此結(jié)構(gòu)被應(yīng)用在QDSSCs中，并將其與ZnO NP進(jìn)行結(jié)合，以此提高了光陽(yáng)極膜的散射能力(圖7)。

為了改善由于ZnO穩(wěn)定性較差，易與電解液反應(yīng)導(dǎo)致電荷復(fù)合嚴(yán)重的現(xiàn)象，研究人員對(duì)制備好的ZnO NPs/MSs表面進(jìn)行了改性，使用了0.1 mol/L H3BO3和0.04 mol/L (NH4)2TiF6的混合溶液對(duì)光陽(yáng)極進(jìn)行浸泡，由此在ZnO的光陽(yáng)極表面沉積了一層TiO2，使得ZnO MSs的納米片的表面變得更為光滑[28]。通過(guò)EIS測(cè)試發(fā)現(xiàn)，TiO2具有一定的阻隔作用，經(jīng)過(guò)TiO2處理后的ZnO NPs/MSs的Rct(57.2 Ω/cm2)是處理前的兩倍(22.7 Ω/cm2)，TiO2阻隔層有效地阻斷了電子由ZnO向電解液和QDs的復(fù)合，降低了電荷的復(fù)合，電池的填充因子FF(0.53)和轉(zhuǎn)換效率PCE(5.08%)都有了明顯提高，電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了當(dāng)前文獻(xiàn)已報(bào)道的，以ZnO材料為光陽(yáng)極的QDSSCs的最高水平。

圖5 (a)ZnO NR 涂層截面的SEM圖像,插圖為種子層和納米棒涂層的截面圖；(b),(c)在(d) 60 ℃下合成ZnO NRs和ZnO NRs-NSs的截面的SEM圖像

Fig 5 (a) SEM images of the cross section of the ZnO NR film, The inset shows the cross section of the seed layer and NR film, (b) and (c) SEM images of ZnO NRs and of ZnO NRs-NSs synthesized at (d) 60 ℃

圖6 ZnO NRs和多級(jí)ZnO NRs-NSs的氮等溫吸附線

Fig 6 Nitrogen sorption isotherms for the ZnO NRs and hierarchical ZnO NRs-NSs

上述的光陽(yáng)極膜是通過(guò)將不同結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)逐層沉積在光陽(yáng)極基底上制備所得到。除此之外，還可以通過(guò)改進(jìn)合成工藝，直接合成出多級(jí)納米材料。例如早期Zhang Q 等[29]制備的ZnO聚集體，通過(guò)持續(xù)的加熱攪拌，在溶液中直接合成了由直徑15 nm的顆粒聚集而成的，直徑為100～500 nm的聚集體，由其制得的DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到5.4%。在此基礎(chǔ)之上，S.H.Ko 等[30]又由單一納米線結(jié)構(gòu)變?yōu)橹苽涑鰪?fù)雜的納米樹(shù)型(Nanotree)結(jié)構(gòu)，由此制得了形貌為納米森林(Nanoforest)的光陽(yáng)極膜(圖 8 (a))，其很好的彌補(bǔ)了納米線比表面積不足，同時(shí)，使得光陽(yáng)極電子復(fù)合機(jī)會(huì)進(jìn)一步減小，所制備的基于ZnO納米森林結(jié)構(gòu)的電池光電效率，達(dá)到了普通納米線結(jié)構(gòu)的電池效率5倍以上。除了使用化學(xué)合成方法制備具有較大比表面積的ZnO多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)以外，Xie Y L等[31]采用了電沉積的方式直接在ITO玻璃上制備出了ZnO納米材料，并且通過(guò)調(diào)節(jié)制備合成原料ZnCl2的濃度，控制了ZnO材料的結(jié)構(gòu)，即當(dāng)ZnCl2溶液增加至一定濃度后，ZnO處理從納米棒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米片結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步形成3D的NS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖 8 (b))，成功提高了DSSCs的效率(NR結(jié)構(gòu)的PCE=1.15%，3D結(jié)構(gòu)的PCE=1.59%)，其電池性能的提高主要?dú)w功于片狀結(jié)構(gòu)對(duì)比表面積的增加作用。在電池效率的提高方面，B.Kilic[32]等通過(guò)水熱法制備的ZnO 納米花(Nanoflowers,NF)結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)優(yōu)異，DSSCs的效率達(dá)到了5.119%。由圖 8 (c)可以看出，ZnO NF結(jié)構(gòu)十分規(guī)整，每一個(gè)NF顆粒都擁有眾多的枝杈，這些枝杈一方面極大的增加了比表面積，同時(shí)也是電子傳遞的通道，與相同實(shí)驗(yàn)條件下制得的ZnO納米線光陽(yáng)極電池(PCE=2.222%)相比，其性能更為優(yōu)異。

圖7 (a)由ZnO NPs 涂層和MSs層組合的雙層結(jié)構(gòu)，(b)20～30 nm大小的ZnO NPs，(c)，(d) 低和高倍率下的ZnO MSs的SEM圖像

Fig 7 SEM images of (a) the bilayer structure composed of ZnO NPs film and MSs layer, (b) ZnO NPs with size of 20-30 nm, (c), (d) low and high magnification of ZnO MSs

圖8 (a)ZnO NW納米森林的截面SEM圖,(b)經(jīng)過(guò)20 mmol/L的ZnCl2溶液熱處理后電沉積在ITO基底上的ZnO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的SEM圖像,(c) ZnO納米花的SEM圖

Fig 8 The SEM images of (a) the cross section of ZnO NW nanoforest, (b) nanostructures electructures electrodeposited on ITO substrates thermal treatment with 20 mmol/L ZnCl2concentration, (c) the nanoflowers

4 結(jié) 語(yǔ)

介紹了單一結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的制備方式，總結(jié)了目前ZnO納米材料在敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用情況。基于目前的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)控ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌，可以達(dá)到改變光陽(yáng)極比表面積的目的；具有較高比表面積的光陽(yáng)極材料更有利于敏化劑的吸附，將進(jìn)一步提高對(duì)太陽(yáng)光的捕獲能力，進(jìn)而提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率。與此同時(shí)，針對(duì)ZnO膜表面缺陷較多，電荷復(fù)合嚴(yán)重的情況，可以通過(guò)一些特殊的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行解決。但是，ZnO作為光陽(yáng)極材料制備的敏化太陽(yáng)能電池效率相比于TiO2的電池效率仍舊較低，這也是目前研究亟需解決的問(wèn)題。而通過(guò)對(duì)ZnO納米材料結(jié)構(gòu)的改變以及表面的處理，有望能夠達(dá)到較高的敏化劑負(fù)載和較小的電荷復(fù)合，從而將極大的提高敏化電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

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Research progress of nano ZnO materials in dye/quantum dot sensitized solar cells

HU Jinglu，XU Tingting，CHEN Lixin, MA Tengbo, WEI Pengli

(Department of Applied Chemistry, School of Science, Northwestern Polytechnical University,Xi’an, 710129, China)

ZnO is an environmental-friendly semiconductor material with excellent performance. It has a wide application in energy, information, environment, etc, owing to numerous advantages of being abundant, simple preparation and feasible morphology controllable morphology structures. ZnO is commonly used as photoanode materials in dye/quantum dot sensitized solar cells, to loadling light absorber, accepting and transporting electrons. A series of different nanostructures, such as nanoparticles, nanowires, nanosheets and nanoflowers have been used in the sensitized solar cells, and the performance of the sensitized solar cells have been greatly improved via morphology adjusting. This review summarizes the ZnO nanomaterials in the aspect of the single structure and hierarchical structure. It also discusses the recent research progress in dye/quantum dot sensitized solar cells fabricated from ZnO photoanode, and the further trends for improving ZnO nanomaterials based device performance are reviewed as well.

ZnO；sensitized solar cells；hierarchical structure；nanomaterial

1001-9731(2016)12-12083-07

陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015JQ5128)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)科研資助項(xiàng)目(3102014JCQ01098)； 西北工業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)資助項(xiàng)目(14GH0315)；大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練資助項(xiàng)目(201510699214)

2015-11-17

2016-05-23 通訊作者：徐婷婷，E-mail: Tingtingxu@nwpu.edu.cn

胡璟璐 (1992-)，女，西安人，在讀碩士，研究方向?yàn)榧{米材料的制備及其光電性能研究。

TK511

A

10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.013