Seite - 169 - in Photovoltaic Materials and Electronic Devices

4 the  9‐,  18‐,  and  27‐h  reactions  grown  on  the  AZO  substrates,  indicating  that  the  ZnO  NRs  were  adequately  grown  on  substrates  with  a  distinctive,  clear  morphology.  Furthermore,  the  diameters,  lengths,  and  aspect  ratios  of  the  NRs  were  in  the  range  of  76–110  nm,  1.5–5  μm,  and  20.7–47.9,  respectively.  Greene  et  al.  indicated  that  the  growing  temperature  influences  the  upright  growth  of  ZnO  NRs  [16].      Materials  2015,  8,  page–page    Figure  3.  SEM  images  of  ZnO  nanorods  fabricated  under  various  growth  time.  (a–c)  Top‐view  images  of  ZnO  nanorods  grown  at  9  h,  18  h,  and  27  h;  (d–f)  Side‐view  images  of  ZnO  nanorods  grown  at  9  h,  18  h,  and  27  h,  respectively.  Figure  4a  depicts  the  Nyquist  plots  of  the  impedance  spectra.  To  characterize  the  AZO/dye/electrolyte  interface,  the  open‐circuit  voltage  (Voc)  levels  of  the  DSSCs  were  evaluated  under  AM  1.5  illumination  by  conducting  EIS  measurements.  The  Nyquist  plots  indicate  a  small  semicircle  at  high  frequencies  and  a  large  semicircle  at  low  frequencies.  The  inset  in  Figure  4a  shows  the  equivalent  circuit.  Usually,  all  the  spectra  of  the  DSSCs  exhibit  three  semicircles,  which  are  ascribed  to  the  electrochemical  reaction  at  the  Pt  counter  electrode,  charge  transfer  at  the  TiO2/dye/electrolyte,  and  Warburg  diffusion  process  of  I−/I3−,  respectively  [17,18].  In  the  present  study,  the  charge  transfer  resistance  at  the  ZnO/dye/electrolyte  interface  (Rct2)  decreased  when  the  aspect  ratio  of  the  ZnO  NRs  was  varied  from  20.7  to  47.6.  This  may  be  attributable  to  the  increase  in  the  diameter  size,  length,  and  quality  of  ZnO  NRs,  which  led  to  an  increase  in  the  dye  adsorption  as  well  as  penetration  of  electron  mobility  into  the  pores  of  the  AZO  electrode  (Figure  4a).  The  better  collected  and  transported  electrons  had  a  lower  possibility  of  recombination,  and  the  electron  lifetime  was  increased  [19].  Figure  4b  shows  Bode  phase  plots  indicating  the  characteristic  frequency  peaks  (1–104  Hz).  The  characteristic  frequency  peak  shifted  to  a  lower  frequency  when  the  aspect  ratio  increased,  and  the  characteristic  frequency  can  be  considered  as  the  inverse  of  the  electron  lifetime  (τe)  or  recombination  lifetime  (τr)  in  an  AZO  film  [20,21].  This  implies  that  the  NRs  with  an  aspect  ratio  of  47.6  (grown  for  27  h)  had  the  longest  electron  lifetime  in  the  AZO  film.  The  results  indicate  that  the  ZnO  NRs,  which  were  grown  for  27  h  (aspect  ratio:  47.6),  on  the  AZO  film  had  a  lower  transport  resistance  and  a  longer  electron  lifetime  in  the  AZO  electrode.  The  electron  lifetimes  in  the  AZO  films  increased  from  3.25  to  6.12  ms  when  the  aspect  ratio  increased  from  20.7  to  47.6.  This  result  is  consistent  with  the  following  results  obtained  from  cell  performance  and  EIS  analysis.  Figure 3. SEM images of Z O nanoro s fabricated under various growth time. (a–c) Top-view images of ZnO nanorods grown at 9 h, 18 h, and 27 h; (d–f)Side-viewimagesofZnOnanorodsgrownat9h,18h,and27h,respectively. Materials  2015,  8,  page–page  5   Figure  3.  SEM  images  of  ZnO  nanorods  fabricated  under  various  growth  time.  (a–c)  Top‐view  images  of  ZnO  nanorods  grown  at  9  h,  18  h,  and  27  h;  (d–f)  Side‐view  images  of  ZnO  nanorods  grown  at  9  h,  18  h,  and  27  h,  respectively.  Figure  4a  depicts  the  Nyquist  plots  of  the  impedance  spectra.  To  characterize  the  AZO/dye/electrolyte  interface,  the  open‐circuit  voltage  (Voc)  levels  of  the  DSSCs  were  evaluated  under  AM  1.5  illumination  by  conducting  EIS  measurements.  The  Nyquist  plots  indicate  a  small  semicircle  at  high  frequencies  and  a  large  semicircle  at  low  frequencies.  The  inset  in  Figure  4a  shows  the  equivalent  circuit.  Usually,  all  the  spectra  of  the  DSSCs  exhibit  three  semicircles,  which  are  ascribed  to  the  electrochemical  reaction  at  the  Pt  counter  electrode,  charge  transfer  at  the  TiO2/dye/electrolyte,  and  Warburg  diffusion  process  of  I−/I3−,  respectively  [17,18].  In  the  present  study,  the  charge  transfer  resistance  at  the  ZnO/dye/electrolyte  interface  (Rct2)  decreased  when  the  aspect  ratio  of  the  ZnO  NRs  was  varied  from  20.7  to  47.6.  This  may  be  attributable  to  the  increase  in  the  diameter  size,  length,  and  quality  of  ZnO  NRs,  which  led  to  an  increase  in  the  dye  adsorption  as  well  as  penetration  of  electron  mobility  into  the  pores  of  the  AZO  electrode  (Figure  4a).  The  better  collected  and  transported  electrons  had  a  lower  possibility  of  recombination,  and  the  electron  lifetime  was  increased  [19].  Figure  4b  shows  Bode  phase  plots  indicating  the  characteristic  frequency  peaks  (1–104  Hz).  The  characteristic  frequency  peak  shifted  to  a  lower  frequency  when  the  aspect  ratio  increased,  and  the  characteristic  frequency  can  be  considered  as  the  inverse  of  the  electron  lifetime  (τe)  or  recombination  lifetime  (τr)  in  an  AZO  film  [20,21].  This  implies  that  the  NRs  with  an  aspect  ratio  of  47.6  (grown  for  27  h)  had  the  l ngest  electron  lifetime  in  the  AZO  film.  The  results  indicate  that  the  ZnO  NRs,  which  were  grown  for  27  h  (aspect  ratio:  47.6),  on  the  AZO  film  had  a  lower  transport  resistance  and  a  longer  electron  lifetime  in  the  AZO  electrode.  The  electron  lifetimes  in  the  AZO  films  incr ased  fro   3.25  t   6.12  ms  when  the  aspect  ratio  increased  from  20.7  to  47.6.  This  result  is  consistent  with  the  following  results  obtained  from  cell  performance  and  EIS  analysis.  Figure  4.  Electrochemical  impedance  spectra  of  DSSCs  containing  ZnO  nanorods  with  various  lengths.  (a)  Nyquist  plots  and  (b)  Bode  phase  plots.  The  equivalent  circuit  of  this  study  is  shown  in  the  inset  of  (a).  Figure 4. Electrochemical impedance spectra of DSSCs co taining ZnO n norods with various lengths. (a) Nyquist plots and (b) Bode phase plots. The equivalent circuitof this studyisshowninthe insetof (a). 169