纳米ZnO材料在染料/量子点敏化太阳能电池中的研究进展＊

胡璟璐，徐婷婷，陈立新，马腾博，卫鹏丽

(西北工业大学 理学院应用化学系，西安 710129)

纳米ZnO材料在染料/量子点敏化太阳能电池中的研究进展＊

胡璟璐，徐婷婷，陈立新，马腾博，卫鹏丽

(西北工业大学 理学院应用化学系，西安 710129)

ZnO是一种性能优异的环保半导体材料，其具有合成原材料来源丰富、制备条件简单、形貌结构易调控等优点，被广泛应用于能源、信息、环境等领域。在染料/量子点敏化太阳能电池中，ZnO通常被用作光阳极材料，负载光吸收剂，同时接收和传输电子。通过发挥其结构易控制的优点，一系列不同的ZnO纳米结构，如纳米球，纳米线，纳米片或纳米花等被用于敏化太阳能电池的光阳极，从而极大地提高了敏化太阳能电池的性能。综述将主要从单一纳米结构和复合结构两方面对纳米ZnO材料进行介绍，讨论了不同ZnO结构在染料/量子点敏化太阳能电池中的最新研究进展，并对电池光电性能的进一步提升提出新的展望。

ZnO；敏化太阳能电池；多级复合结构；纳米材料

0 引 言

随着传统不可再生能源的日趋枯竭和工业化社会的不断发展，新型能源受到了越来越多的研究关注。太阳能作为一种清洁可再生能源，取之不尽，用之不竭，合理地开发利用太阳能成为了当前国内外研究者们的研究热点。1991年，瑞士洛桑联邦理工学院的Michael Grätzel教授课题组报道了光电转换效率高达7.1%的染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)[1]。随后，染料敏化太阳能电池取得了持续不断的发展，现已达到了13%的高转换效率[2]。目前，一些研究机构已经开展了关于染料敏化太阳能电池的产业化探索研究，充分展示出了DSSCs具有的良好应用前景。敏化太阳能电池主要由敏化的光阳极、对电极和电解液三部分组成[3-4]。在染料敏化太阳能电池中，常用的光吸收剂主要是有机染料，如以金属釕(Ru)为配位的有机染料N719，N3，以及叶绿素中的主要成分卟啉等[5]。通过将染料吸附于光阳极材料上，可以增强电池对光子的捕获能力。量子点敏化太阳能电池(Quantum-Dot Sensitized Solar Cells, QDSSCs)是将染料敏化太阳能电池中的有机染料取代为具有一定光吸收能力的无机量子点材料，并采用多硫电解质体系和金属硫化物对电极组装而成的一类太阳能电池。与DSSCs相比，QDSSCs优点为量子点大小可调，消光系数较大，有较高的稳定性和潜在多激子效应[6-8]。在敏化电池工作时，敏化剂中的基态电子受光激发从基态跃迁至激发态，激发态的电子迅速注入到光阳极材料的导带中，再通过外电路到达对电极，而氧化态的敏化剂则被电解液中的还原态离子还原，以此完成一个工作循环[9]。

作为敏化太阳能电池的重要组成部分，光阳极的性能决定了电池的效率。为了保证光阳极可以源源不断的产生光致电子-空穴对，以带动电池的工作，光阳极材料需要满足以下两方面的要求：(1)可供敏化剂吸附的较大比表面积，只有吸附了足够的敏化剂材料，才能更多的捕获太阳光；(2)作为电荷分离和传输的载体，光阳极要利于激发电子的传输，并且尽量减少电荷在传输过程中的复合。目前光阳极使用较多的有TiO2、ZnO和SnO2等半导体材料。纳米ZnO由于其具有成本较低，易结晶以及带隙宽度合适等优点，成为了继TiO2之后，又一种优异的光阳极材料，其电子迁移率甚至比TiO2更高[10]，正因为如此，ZnO材料得到了广泛的研究，并使其在电子[11]，纳米仪器[12]，传感器[13]，光催化[14-15]，医药和环境科学[16]，场致发射[17-18]和光电化学电池[19-21]中都得到了一系列的应用。由于ZnO材料也存在一些缺点：(1)ZnO稳定性不高，容易被电解液腐蚀，使得电池效率下降，寿命缩短；(2)膜表面电子的复合情况较严重；(3)捕获光能力较低等，使得ZnO材料仍需要进一步优化，优化的主要方向则集中在改变纳米ZnO的结构，以减小光阳极膜表面缺陷，提高电子传输能力，同时通过对表面进行改性处理，降低电子的复合情况。

本综述将主要从单一纳米结构和复合结构两方面对纳米ZnO材料进行介绍，并讨论基于这些结构的ZnO光阳极材料在敏化太阳能电池中，对光电转换效率的影响，讨论不同ZnO结构在染料/量子点敏化太阳能电池中的最新研究进展，并对电池光电性能的进一步提升提出了新的展望。本文将为后续研究起到一定的指导作用。

1 单一结构ZnO纳米材料作为敏化太阳能电池光阳极材料的研究：表面积的提高

单一结构的纳米ZnO材料如0维的纳米颗粒(ZnO NP)，或一维的纳米线(ZnO NW)以及二维的纳米片(ZnO NSs)结构简单，制备过程较为简便。其中0维结构的ZnO NP由于比表面积较低，独立的颗粒结构又导致了晶界和晶面的缺陷众多，并且其表面的电子传递主要依靠于扩散而不是漂移的方式，使得电荷复合现象严重[4]，因此单独使用ZnO NP材料制得的敏化电池效率并不高。J.Deng等[22]制备的纳米线则由于其独特的线性结构(图1)，既增加了比表面积，又为电子的传递提供了一条直接的通道，从而提高了电子的传递效率，同时独立的线性材料也避免了相互之间的电子复合，以此为光阳极材料制得的QDSSCs达到了2.17%的光电转换效率。

图1 ZnO NWs 的FE-SEM图(侧面)

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

Chen L等[23]在此基础上，将普通的NW结构调整为多孔结构，并应用于DSSCs中，与普通NW材料制得的DSSCs(PCE=0.2522%,图2(a))进行比较后证实，多孔结构(图2(b))使NW的比表面积迅速增加，制得的DSSCs的效率也有了明显的提高(PCE=3.057%)。除了纳米线， Shi Y[24]]等通过在玛瑙研钵中将Zn(NO3)2·6H2O和NaOH粉末混合研磨，制得了ZnO纳米片材料(图3(a))，其互相连接的结构有助于电子的传输(图3(b))。除此之外，研究人员还发现热处理的温度对最终制得的ZnO纳米片光阳极的性能有较大的影响，原因在于热处理温度一方面会影响膜的比表面积，即随着温度上升，比表面积逐渐下降(110 ℃时为20.55 m2/g，250 ℃时为19.02 m2/g)，而另一方面又可以通过升高温度打通甚至拓宽染料沉积的通道，从而在增加染料沉积量的同时又利于电子的传输，降低电荷复合几率。经过EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy，电化学阻抗谱)的测试表征，最终确定了制备光阳极的最优温度，并使得电池的光电转换效率达到了6.46%。

图2 ZnO NWs的SEM顶视图图像(氢氧化铵物质的量浓度为0.36 mol/L，磁力搅拌速度为0.95)

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

图3 (a)使用高倍阳离子SEM的图像展示了高度混乱的纳米堆砌结构,(b)光阳极的典型结构示意图

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

单一结构的ZnO材料虽然制备简单，但是受材料结构所限，其比表面积仍然较低，造成敏化剂的沉积量较少，无法捕获足够的光子，影响电池效率的提高。为了弥补单一结构的不足，研究人员尝试将不同结构的ZnO纳米材料进行组合以得到多级复合结构(Hierarchical Structures, HSs)，获得多级复合结构的方法主要有：如叠加或直接物理混合，以及化学方法，即通过化学反应合成出具有多级复合结构的材料，可以达到改善电池性能的目的。

2 多级复合结构ZnO材料作为敏化电池光阳极材料的研究：物理方式构筑

目前，文献上已有报道采用物理方法制备多层ZnO光阳极膜结构的电池。S.Y.Lin 等[25]使用了叠加的方式来制备ZnO光阳极膜(图 4)，即先在ITO-PET玻璃上预涂一层直径5 nm的ZnO NP，再刮涂一层直径为20 nm的ZnO NP，最后通过使用室温下的化学浴法(Room-Temperature Chemical Bath Deposition,RT-CBD)在ZnO膜上生长出一层由纳米颗粒和纳米聚集体构成的ZnO多级复合结构。通过上述几种不同纳米结构的叠加，ZnO光阳极的比表面积得到了增加，光电转换效率结果也证明了ZnO RT-A的IPCE要高于单一的ZnO NP，电池效率从1.84%提高至4.11%，其中Voc(开路电压)为0.64 V，Jsc(短路电流密度)为9.46 mA/cm2。在此基础上，为了进一步提高电池效率，研究者在膜表面刮涂了一层圆盘形的ZnO散射层，其直径为200～500 nm，厚度在40～70 nm，并通过改变散射层厚度，使得散射层厚度为3.0 μm时的电池效率达到了5.16%，其中Voc为0.65 V，Jsc为11.90 mA/cm2。由此可见，散射层主要提高了电池的Jsc。同样是采用物理方法进行组合，T.Bai[26]等使用了一种更为简便的方法，即将ZnO NRs和NSs材料按比例进行混合，并研究了不同比例的混合材料对电池光电效率的影响，得到了在ZNRs∶ZNSs配比为1∶12的条件下，光电效率为6.02% 的DSSCs。

图4 (a) ZnO NP and (b) ZnO RT-A 光阳极的SEM截面图(c) ZnO RT-A光阳极的SEM正视图

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 多级复合结构的ZnO材料作为敏化电池光阳极材料的研究：化学方式制备多级结构

使用化学方式可以将不同的ZnO结构直接生长在光阳极基底上，或是合成多种结构复合的纳米材料然后刮涂在光阳极基地上制得到多级结构纳米膜，与物理手段相比，不同结构之间由于是通过化学键进行连接，其相互之间的联系更为紧密，因此可以减少光阳极材料中的缺陷，有利于电子的传输，再加上不同结构各自的优势，使其在光电池中发挥出独特的性能。J.Tian等[27]通过将ZnO种子溶液涂覆在ITO玻璃上，使得ZnO 纳米棒(ZnO NRs)可以生长在ITO的表面，然后再将其浸入用于制备ZnO NSs的前驱体溶液中，使ZnO NRs表面被ZnO NSs覆盖，最终得到了沉积ZnO NRs-NSs结构的QDSSCs的光阳极(图 5)。通过氮吸附等温线证实发现(图 6)，混合结构的ZnO NRs-NSs的表面积(31.5 m2/g)要明显大于单一的ZnO NRs结构(14.3 m2/g)。由此说明ZnO NRs-NSs结构对增加QDs的沉积量有明显的促进作用。

多级复合结构不仅可以提高ZnO光阳极材料的比表面积，还可以提高电子在光阳极中的传输能力。J.Tian等使用EIS进一步证明了ZnO NRs-NSs可以提高电子寿命并降低电荷的复合，即ZnO NRs-NSs的Rct(电子在ZnO传输过程中的界面复合电阻)(101.2 Ω/cm2)要高于单一ZnO NRs的Rct(66.4 Ω/cm2)，这也证明了ZnO NRs-NSs可以提高QDSSCs的Jsc,FF(填充因子)和Voc。并且QDSSCs的光电转换效率可以从单一结构下的1.37%，提高至复合结构的3.28%。在制备ZnO NSs结构过程中，J.Tian等[28]发现，当混合溶液的温度由60 ℃升到70 ℃后，生成的纳米片结构将开始聚集，形成由片状结构组合的微球(ZnO MSs)，此结构被应用在QDSSCs中，并将其与ZnO NP进行结合，以此提高了光阳极膜的散射能力(图7)。

为了改善由于ZnO稳定性较差，易与电解液反应导致电荷复合严重的现象，研究人员对制备好的ZnO NPs/MSs表面进行了改性，使用了0.1 mol/L H3BO3和0.04 mol/L (NH4)2TiF6的混合溶液对光阳极进行浸泡，由此在ZnO的光阳极表面沉积了一层TiO2，使得ZnO MSs的纳米片的表面变得更为光滑[28]。通过EIS测试发现，TiO2具有一定的阻隔作用，经过TiO2处理后的ZnO NPs/MSs的Rct(57.2 Ω/cm2)是处理前的两倍(22.7 Ω/cm2)，TiO2阻隔层有效地阻断了电子由ZnO向电解液和QDs的复合，降低了电荷的复合，电池的填充因子FF(0.53)和转换效率PCE(5.08%)都有了明显提高，电池的光电转换效率达到了当前文献已报道的，以ZnO材料为光阳极的QDSSCs的最高水平。

图5 (a)ZnO NR 涂层截面的SEM图像,插图为种子层和纳米棒涂层的截面图；(b),(c)在(d) 60 ℃下合成ZnO NRs和ZnO NRs-NSs的截面的SEM图像

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 ℃

图6 ZnO NRs和多级ZnO NRs-NSs的氮等温吸附线

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

上述的光阳极膜是通过将不同结构的ZnO纳米材料，通过化学反应逐层沉积在光阳极基底上制备所得到。除此之外，还可以通过改进合成工艺，直接合成出多级纳米材料。例如早期Zhang Q 等[29]制备的ZnO聚集体，通过持续的加热搅拌，在溶液中直接合成了由直径15 nm的颗粒聚集而成的，直径为100～500 nm的聚集体，由其制得的DSSCs的光电转换效率可以达到5.4%。在此基础之上，S.H.Ko 等[30]又由单一纳米线结构变为制备出复杂的纳米树型(Nanotree)结构，由此制得了形貌为纳米森林(Nanoforest)的光阳极膜(图 8 (a))，其很好的弥补了纳米线比表面积不足，同时，使得光阳极电子复合机会进一步减小，所制备的基于ZnO纳米森林结构的电池光电效率，达到了普通纳米线结构的电池效率5倍以上。除了使用化学合成方法制备具有较大比表面积的ZnO多级复合结构以外，Xie Y L等[31]采用了电沉积的方式直接在ITO玻璃上制备出了ZnO纳米材料，并且通过调节制备合成原料ZnCl2的浓度，控制了ZnO材料的结构，即当ZnCl2溶液增加至一定浓度后，ZnO处理从纳米棒结构转变为纳米片结构，并进一步形成3D的NS网络结构(图 8 (b))，成功提高了DSSCs的效率(NR结构的PCE=1.15%，3D结构的PCE=1.59%)，其电池性能的提高主要归功于片状结构对比表面积的增加作用。在电池效率的提高方面，B.Kilic[32]等通过水热法制备的ZnO 纳米花(Nanoflowers,NF)结构也表现优异，DSSCs的效率达到了5.119%。由图 8 (c)可以看出，ZnO NF结构十分规整，每一个NF颗粒都拥有众多的枝杈，这些枝杈一方面极大的增加了比表面积，同时也是电子传递的通道，与相同实验条件下制得的ZnO纳米线光阳极电池(PCE=2.222%)相比，其性能更为优异。

图7 (a)由ZnO NPs 涂层和MSs层组合的双层结构，(b)20～30 nm大小的ZnO NPs，(c)，(d) 低和高倍率下的ZnO MSs的SEM图像

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

图8 (a)ZnO NW纳米森林的截面SEM图,(b)经过20 mmol/L的ZnCl2溶液热处理后电沉积在ITO基底上的ZnO网络结构的SEM图像,(c) ZnO纳米花的SEM图

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 结 语

介绍了单一结构和复合结构ZnO纳米材料的制备方式，总结了目前ZnO纳米材料在敏化太阳能电池中的应用情况。基于目前的研究结果可以发现，通过调控ZnO纳米结构的形貌，可以达到改变光阳极比表面积的目的；具有较高比表面积的光阳极材料更有利于敏化剂的吸附，将进一步提高对太阳光的捕获能力，进而提升电池的光电转换效率。与此同时，针对ZnO膜表面缺陷较多，电荷复合严重的情况，可以通过一些特殊的纳米结构进行解决。但是，ZnO作为光阳极材料制备的敏化太阳能电池效率相比于TiO2的电池效率仍旧较低，这也是目前研究亟需解决的问题。而通过对ZnO纳米材料结构的改变以及表面的处理，有望能够达到较高的敏化剂负载和较小的电荷复合，从而将极大的提高敏化电池的光电转换效率。

[1] O’regan B，Grätzel M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2films[J]. Nature, 1991, 353(6346): 737-740.

[2] Mathew S，Yella A，Gao P， et al. Dye-sensitized solar cells with 13% efficiency achieved through the molecular engineering of porphyrin sensitizers[J]. Nat Chem, 2014, 6(3): 242-247.

[3] Hagfeldt A，Grätzel M. Molecular photovoltaics[J]. Acc Chem Res, 2000, 33(5): 269-277.

[4] Chen H Y，Kuang D B，Su C Y. Hierarchically micro/nanostructured photoanode materials for dye-sensitized solar cells[J]. J Mater Chem, 2012, 22(31): 15475-15489.

[5] Rho W Y，Jeon H，Kim H S， et al. Recent progress in dye-sensitized solar cells for improving efficiency: TiO2nanotube arrays in active layer[J]. J Nanomater, 2015, 2015.

[6] Yao C Z，Wei B H，Meng L X， et al. Controllable electrochemical synthesis and photovoltaic performance of ZnO/CdS core-shell nanorod arrays on fluorine-doped tin oxide[J]. J Power Sources, 2012, 207: 222-228.

[7] Bora T，Kyaw H H，Dutta J. Zinc oxide-zinc stannate core-shell nanorod arrays for CdS quantum dot sensitized solar cells[J]. Electrochim Acta, 2012, 68: 141-145.

[8] Li L B，Wang Y F，Rao H S， et al. Hierarchical macroporous Zn2SnO4-ZnO nanorod composite photoelectrodes for efficient CdS/CdSe quantum dot Co-sensitized solar cells[J]. ACS Appl Mater Inter, 2013, 5(22): 11865-11871.

[9] Yella A，Lee H W，Tsao H N， et al. Porphyrin-sensitized solar cells with cobalt (Ⅱ/Ⅲ)-based redox electrolyte exceed 12 percent efficiency[J]. Science, 2011, 334(6056): 629-634.

[10] Bisquert J，Cahen D，Hodes G， et al. Physical chemical principles of photovoltaic conversion with nanoparticulate, mesoporous dye-sensitized solar cells[J]. J Phys Chem B, 2004, 108(24): 8106-8118.

[11] Dutta S，Chattopadhyay S，Sarkar A， et al. Role of defects in tailoring structural, electrical and optical properties of ZnO[J]. Prog Mater Sci, 2009, 54(1): 89-136.

[12] Kant C R，Arun P.White-light emission from annealed ZnO∶Si nanocomposite thin films[J]. J Lumin, 2012, 132(7): 1744-1749.

[13] Zhai Y，Zhai S，Chen G， et al. Effects of morphology of nanostructured ZnO on direct electrochemistry and biosensing properties of glucose oxidase[J]. J Electroanal Chem, 2011, 656(1): 198-205.

[14] Lai Y，Meng M，Yu Y， et al. Photoluminescence and photocatalysis of the flower-like nano-ZnO photocatalysts prepared by a facile hydrothermal method with or without ultrasonic assistance[J]. App Catal B-Environ, 2011, 105(3): 335-345.

[15] Martínez C，Fernández M，Santaballa J， et al. Kinetics and mechanism of aqueous degradation of carbamazepine by heterogeneous photocatalysis using nanocrystalline TiO2, ZnO and multi-walled carbon nanotubes-anatase composites[J]. App Catal B-Environ, 2011, 102(3): 563-571.

[16] Zhou J，Xu N S，Wang Z L.Dissolving behavior and stability of ZnO wires in biofluids: a study on biodegradability and biocompatibility of ZnO nanostructures[J]. Adv Mater, 2006, 18(18): 2432.

[17] Pan N，Xue H，Yu M， et al.Tip-morphology-dependent field emission from ZnO nanorod arrays[J]. Nanotechnology, 2010, 21(22): 225707.

[18] Hwang J O，Lee D H，Kim J Y， et al. Vertical ZnO nanowires/graphene hybrids for transparent and flexible field emission[J]. J Mater Chem, 2011, 21(10): 3432-3437.

[19] Dunkel C，Wark M，Oekermann T， et al. Electrodeposition of zinc oxide on transparent conducting metal oxide nanofibers and its performance in dye sensitized solar cells[J]. Electrochim Acta, 2013, 90: 375-381.

[20] Nayeri F D，Soleimani E A，Salehi F. Synthesis and characterization of ZnO nanowires grown on different seed layers: the application for dye-sensitized solar cells[J]. Renew Energ, 2013, 60: 246-255.

[21] Choi H W，Lee K S，Theodore N D， et al. Improved performance of ZnO nanostructured bulk heterojunction organic solar cells with nanowire-density modified by yttrium chloride introduction into solution[J]. Sol Energ Mat Sol C, 2013, 117: 273-278.

[22] Deng J，Wang M，Song X， et al. Controlled synthesis of aligned ZnO nanowires and the application in CdSe-sensitized solar cells[J]. J Alloy Compd, 2014, 588: 399-405.

[23] Chen L，Li X，Qu L， et al. Facile and fast one-pot synthesis of ultra-long porous ZnO nanowire arrays for efficient dye-sensitized solar cells[J]. J Alloy Compd, 2014, 586: 766-772.

[24] Shi Y，Wang K，Du Y， et al. Solid-state synthesis of ZnO nanostructures for quasi-solid dye-sensitized solar cells with high efficiencies up to 6.46%[J]. Adv Mater, 2013, 25(32): 4413-4419.

[25] Lin SY，Wu J J. Chemical assembly of zinc oxide aggregated anodes on plastic substrates at room temperature for flexible dye-sensitized solar cells[J]. Electrochim Acta, 2015, 152: 61-67.

[26] Bai T，Xie Y，Zhang C， et al. Facile fabrication of ZnO nanorods/ZnO nanosheet-spheres hybrid photoanode for dye-sensitized solar cells[J]. Funct Mater Lett, 2015, 8(01): 1550012.

[27] Tian J，Uchaker E，Zhang Q， et al. Hierarchically structured ZnO nanorods-nanosheets for improved quantum-dot-sensitized solar cells[J]. ACS Appl Mater Inter, 2014, 6(6): 4466-4472.

[28] Tian J，Lv L，Wang X， et al. Microsphere light-scattering layer assembled by ZnO nanosheets for the construction of high efficiency (>5%) quantum dots sensitized solar cells[J]. J Phys Chem C, 2014, 118(30): 16611-16617.

[29] Zhang Q，Chou T P，Russo B， et al. Aggregation of ZnO nanocrystallites for high conversion efficiency in dye-sensitized solar cells[J]. Angew Chem, 2008, 120(13): 2436-2440.

[30] Ko S H，Lee D，Kang H W， et al. Nanoforest of hydrothermally grown hierarchical ZnO nanowires for a high efficiency dye-sensitized solar cell[J]. Nano Lett, 2011, 11(2): 666-671.

[31] Xie Y L，Yuan J，Song P， et al. Growth of ZnO nanorods and nanosheets by electrodeposition and their applications in dye-sensitized solar cells[J]. J Mater Sci-Mater El, 26(6): 3868-3873.

[32] Kilic B，Günes T，Besirli I， et al. Construction of 3-dimensional ZnO-nanoflower structures for high quantum and photocurrent efficiency in dye sensitized solar cell[J]. Appl Surf Sci, 2014, 318: 32-36.

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

陕西省自然科学基金资助项目(2015JQ5128)；中央高校基本科研业务费科研资助项目(3102014JCQ01098)； 西北工业大学科研启动资助项目(14GH0315)；大学生创新训练资助项目(201510699214)

2015-11-17

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

胡璟璐 (1992-)，女，西安人，在读硕士，研究方向为纳米材料的制备及其光电性能研究。

TK511

A

10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.013