化学浴制备全固态Sb2S3敏化TiO2纳米棒阵列太阳电池研究

本文利用水热法在覆盖有TiO2致密层的FTO导电玻璃上生长出直径为20 nm、长度为570 nm、面密度为560 μm−2的TiO2纳米棒阵列。接着使用低温化学浴沉积法，以SbCl3作为Sb源，Na2S2O3作为S源，在TiO2纳米棒阵列上成功沉积了Sb2S3薄膜。并以spiro-OMeTAD作为固态电解质组装了全固态Sb2S3敏化TiO2纳米棒阵列太阳电池。系统研究了所得Sb2S3敏化TiO2纳米棒阵列的形貌、结晶性和光学吸收，以及相应太阳电池的光伏性能。结果表明，当Sb2S3薄膜在450℃下退火8 min时，Sb2S3由无定形转变为辉锑矿相，其吸收开端红移到750 nm，相应太阳电池的光电转换效率达到了2.5%。

Sb2S3 作为V-VI 族直接带隙半导体材料，具有合适的光学带隙(1.7 eV)，在可见光区吸光系数达到1.8 × 105 cm−1，能够有效地利用太阳光，同时Sb2S3 储量丰富、廉价、低毒等优势，被视为有希望得到广泛应用的太阳电池材料之一[1] [2] [3] [4]。近年来，研究者们基于使用Sb2S3 作为光敏化剂制备敏化太阳电池进行了大量的研究工作。

Itzhaik等[2]成功使用低温化学浴法在介孔TiO2薄膜上沉积了Sb2S3吸收层， 并用其作为光阳极， 结合无机空穴传输材料CuSCN 作为固态电解质制备的敏化太阳电池获得了3.37%的光电转换效率。随后，Moon 等[5]使用相同方法在2 μm 厚的介孔TiO2 薄膜上沉积Sb2S3，并使用有机空穴传输材料spiro-OMeTAD 作为固态电解质制备了敏化太阳电池， 其光电转换效率达到3.1%。

与此同时， Chang 等[6]使用Sb2S3 敏化1 μm 厚的介孔TiO2 薄膜作为光阳极，P3HT 作为固态电解质制备的敏化太阳电池其光电转换效率达到了5.06%，短路电流密度为12.3 mA cm−2。除了使用传统的介孔TiO2 作为电子传输层外，一维金属氧化物纳米棒也被广泛应用于制备Sb2S3 敏化太阳电池[7] [8] [9]。Han 等[7]用水热法在ITO 导电玻璃上制备了直径为120 nm， 长度为1.3~1.4 μm 的ZnO 纳米棒， 并使用离子交换法在ZnO纳米棒表面形成Sb2S3 敏化层，所构建的固态敏化太阳电池结构为ITO/ZnO/ZnS/Sb2S3/P3HT/Pt，获得了1.32%的光电转换效率，短路电流密度为5.57 mA cm−2。Parize 等[8]用喷雾热解法在直径为80 nm，长度900 nm 的ZnO/TiO2核壳纳米棒上沉积一层超薄Sb2S3， 使用P3HT 为固态电解质所制备的敏化太阳电池， 其光电转换效率达到了2.3%，短路电流密度为7.5 mA cm−2。可以看出，与介孔TiO2 作为电子传输层相比，使用一维金属氧化物纳米棒制备的固态Sb2S3 敏化太阳电池的短路电流密度与光电转换效率都较低， 这主要与Sb2S3 的担载量与固态电解质空穴扩散长度不足有关。

所以制备一种小直径、短长度、高面密度的纳米棒阵列是解决这一问题的方法之一。