Abstract The electron transporting layer (ETL) plays a vital role on determining the charge extraction, charge transfer and consequently the photovoltaic performance of polymer solar cells (PSCs). Methylene Blue (MB) and Rhodamine 6G (Rh6G) were applied as modifying agents to reduce the inherent incompatibility between the ZnO NRDs and the P3HT:PCBM based active layer. ZnO NRDs were electrochemically grown on the seed layer-coated ITO electrode using a constant potential and they were modified with MB and Rh6G dyes by a dip-coting method. The optical properties, structural defects and morphology of the unmodified and dye-modified ZnO NRDs were compared. The rate of charge recombination and electron transfer as the most important factors influencing the photovoltaic performance of PSCs was evaluated using different techniques including PL-decay, EIS and AFM. Rh6G appeared to act as a more appropriate modifying agent, due to its larger π-conjugated network, which was beneficial to the charge transfer at the interfaces and decreasing the energy loss within the fabricated PSCs. The surface morphology of the P3HT:PCBM thin film layer appeared to be smoother in the Rh6G-modified samples. The highest charge mobility of 4.56 × 10−4 cm2/V was observed for the Rh6G-modified devices, which was about 120% and 54% higher than that obtained for the unmodified and MB-modified samples, respectively. The fabricated MB-and Rh6G-modified devices illustrated PCE of 3.65 and 5.1%, respectively, which were considerably higher than that achieved with the unmodified ZnO NRDs based devices prepared in the current work and reported previously.

中文翻译：

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电化学沉积 ZnO 纳米棒作为聚合物太阳能电池中使用有机染料的电子传输层的界面工程

摘要 电子传输层 (ETL) 在决定聚合物太阳能电池 (PSC) 的电荷提取、电荷转移以及光伏性能方面起着至关重要的作用。亚甲蓝 (MB) 和罗丹明 6G (Rh6G) 用作改性剂，以减少 ZnO NRD 与 P3HT:PCBM 基活性层之间的固有不相容性。ZnO NRDs 使用恒定电位电化学生长在种子层涂覆的 ITO 电极上，并通过浸涂法用 MB 和 Rh6G 染料改性。比较了未改性和染料改性的 ZnO NRDs 的光学性质、结构缺陷和形貌。电荷复合率和电子转移率是影响 PSC 光伏性能的最重要因素，使用不同的技术进行评估，包括 PL-decay、EIS 和原子力显微镜。Rh6G 似乎是一种更合适的改性剂，因为它具有更大的 π 共轭网络，这有利于界面处的电荷转移并减少制造的 PSC 内的能量损失。在 Rh6G 改性样品中，P3HT:PCBM 薄膜层的表面形态似乎更光滑。观察到 Rh6G 改性器件的最高电荷迁移率为 4.56 × 10−4 cm2/V，分别比未改性和 MB 改性样品获得的电荷迁移率高约 120% 和 54%。制造的 MB 和 Rh6G 改性器件的 PCE 分别为 3.65% 和 5.1%，远高于当前工作中制备和之前报道的未改性 ZnO NRD 器件所达到的 PCE。由于其较大的 π 共轭网络，这有利于界面处的电荷转移并减少制造的 PSC 内的能量损失。在 Rh6G 改性样品中，P3HT:PCBM 薄膜层的表面形态似乎更光滑。观察到 Rh6G 改性器件的最高电荷迁移率为 4.56 × 10−4 cm2/V，分别比未改性和 MB 改性样品获得的电荷迁移率高约 120% 和 54%。制造的 MB 和 Rh6G 改性器件的 PCE 分别为 3.65% 和 5.1%，远高于当前工作中制备和之前报道的未改性 ZnO NRD 器件所达到的 PCE。由于其较大的 π 共轭网络，这有利于界面处的电荷转移并减少制造的 PSC 内的能量损失。在 Rh6G 改性样品中，P3HT:PCBM 薄膜层的表面形态似乎更光滑。观察到 Rh6G 改性器件的最高电荷迁移率为 4.56 × 10−4 cm2/V，分别比未改性和 MB 改性样品获得的电荷迁移率高约 120% 和 54%。制造的 MB 和 Rh6G 改性器件的 PCE 分别为 3.65% 和 5.1%，远高于当前工作中制备和之前报道的未改性 ZnO NRD 器件所达到的 PCE。这有利于界面处的电荷转移并减少制造的 PSC 内的能量损失。在 Rh6G 改性样品中，P3HT:PCBM 薄膜层的表面形态似乎更光滑。观察到 Rh6G 改性器件的最高电荷迁移率为 4.56 × 10−4 cm2/V，分别比未改性和 MB 改性样品获得的电荷迁移率高约 120% 和 54%。制造的 MB 和 Rh6G 改性器件的 PCE 分别为 3.65% 和 5.1%，远高于当前工作中制备和之前报道的未改性 ZnO NRD 器件所达到的 PCE。这有利于界面处的电荷转移并减少制造的 PSC 内的能量损失。在 Rh6G 改性样品中，P3HT:PCBM 薄膜层的表面形态似乎更光滑。观察到 Rh6G 改性器件的最高电荷迁移率为 4.56 × 10−4 cm2/V，分别比未改性和 MB 改性样品获得的电荷迁移率高约 120% 和 54%。制造的 MB 和 Rh6G 改性器件的 PCE 分别为 3.65% 和 5.1%，远高于当前工作中制备和之前报道的未改性 ZnO NRD 器件所达到的 PCE。观察到 Rh6G 改性器件的 56 × 10−4 cm2/V，分别比未改性和 MB 改性的样品高约 120% 和 54%。制造的 MB 和 Rh6G 改性器件的 PCE 分别为 3.65% 和 5.1%，远高于当前工作中制备和之前报道的未改性 ZnO NRD 器件所达到的 PCE。观察到 Rh6G 改性器件的 56 × 10−4 cm2/V，分别比未改性和 MB 改性样品获得的高约 120% 和 54%。制造的 MB 和 Rh6G 改性器件的 PCE 分别为 3.65% 和 5.1%，远高于当前工作中制备和之前报道的未改性 ZnO NRD 器件所达到的 PCE。