Abstract Transition metal doped ZnO has been widely used in various research areas such as optoelectronics, chemical sensors, solar cells and photo catalysts. Herein, we fabricated Cr-doped ZnO nanospheres by a facile solvothermal treatment for enhanced photovoltaic performance. A systematic study of the structural and optical properties of Cr doped ZnO were investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction technique (XRD), Ultra violet-Visible spectroscopy (UV–Vis) respectively. XRD patterns confirm that the samples have hexagonal (wurtzite) structure with no additional peaks, which suggests that Cr ions replaces the regular Zn sites in the ZnO crystal structure. Furthermore, doped ZnO nanospheres were employed in the hybrid solar cells in combination with P3HT and gave better current densities than their corresponding undoped counterparts. The increase in solar cell efficiency of doped ZnO nanospheres is solely due to the improvement in the charge separation efficiency in the 4% Cr doped ZnO nanospheres. Optoelectronic analysis of the Cr doped ZnO hybrid solar cell showed comparable results of JSC −3.7 (mAcm−2), VOC 0.44 (V), Fill Factor 0.49 and Efficiency (ƞ) 0.79 (%). The enhanced photovoltaic activity of the Cr doped hierarchical ZnO nanostructures provides an interesting grounds for the design and enhancement of the low cost, feasible synthesis of photovoltaic nanostructure materials.

中文翻译：

---

用于增强光伏性能的 Cr 掺杂分级 ZnO 纳米结构的简便合成

摘要 过渡金属掺杂的氧化锌已广泛应用于光电子学、化学传感器、太阳能电池和光催化剂等各个研究领域。在这里，我们通过简单的溶剂热处理制造了 Cr 掺杂的 ZnO 纳米球，以提高光伏性能。分别通过扫描电子显微镜 (SEM)、X 射线衍射技术 (XRD)、紫外-可见光谱 (UV-Vis) 对 Cr 掺杂的 ZnO 的结构和光学性质进行了系统研究。XRD 图案证实样品具有六边形（纤锌矿）结构，没有额外的峰，这表明 Cr 离子取代了 ZnO 晶体结构中的规则 Zn 位点。此外，掺杂的 ZnO 纳米球与 P3HT 结合用于混合太阳能电池中，并提供比相应未掺杂的对应物更好的电流密度。掺杂 ZnO 纳米球太阳能电池效率的提高完全是由于 4% Cr 掺杂 ZnO 纳米球的电荷分离效率的提高。Cr 掺杂 ZnO 混合太阳能电池的光电分析显示 JSC -3.7 (mAcm-2)、VOC 0.44 (V)、填充因子 0.49 和效率 (ƞ) 0.79 (%) 的可比结果。Cr掺杂的分级ZnO纳米结构增强的光伏活性为设计和增强低成本、可行的光伏纳米结构材料的合成提供了有趣的基础。掺杂 ZnO 纳米球太阳能电池效率的提高完全是由于 4% Cr 掺杂 ZnO 纳米球的电荷分离效率的提高。Cr 掺杂 ZnO 混合太阳能电池的光电分析显示 JSC -3.7 (mAcm-2)、VOC 0.44 (V)、填充因子 0.49 和效率 (ƞ) 0.79 (%) 的可比结果。Cr掺杂的分级ZnO纳米结构增强的光伏活性为设计和增强低成本、可行的光伏纳米结构材料的合成提供了有趣的基础。掺杂 ZnO 纳米球太阳能电池效率的提高完全是由于 4% Cr 掺杂 ZnO 纳米球的电荷分离效率的提高。Cr 掺杂 ZnO 混合太阳能电池的光电分析显示 JSC -3.7 (mAcm-2)、VOC 0.44 (V)、填充因子 0.49 和效率 (ƞ) 0.79 (%) 的可比结果。Cr掺杂的分级ZnO纳米结构增强的光伏活性为设计和增强低成本、可行的光伏纳米结构材料的合成提供了有趣的基础。