氧化鋅納米結構的制備、表征及在染料太陽能電池中的應用.pdf

1、能源危機迫使人類尋找和開發(fā)新的綠色可再生能源。其中，染料敏化太陽能電池是（DSSC），因其原材料價格低廉、制作工藝簡單，成本僅為晶體硅系太陽能電池的10％-20%,適于進行批量生產，具有廣闊的應用前景，引起了廣泛關注。目前，基于TiO2作為光陽極制備的DSSC的研究已有較多報道。由于ZnO常溫下禁帶寬度（3.37eV）與銳鈦礦型 TiO2（3.2eV）相近，導帶電位相差很小，且電子遷移率高于TiO2，理論上可以獲得更好的性能，同時，由于

2、ZnO的制備方法更加多樣化，形貌可控，有望進一步降低DSSC成本，因此ZnO被認為是最有希望取代TiO2的光陽極材料，但ZnO的哪種納米結構最有利于獲得更高的光電轉換效率仍是值得系統(tǒng)和深入研究的課題。
　　為此，本文采用溶液法制備了納米薄膜、納米顆粒、納米棒、納米線、納米球、以及納米復合結構(納米顆粒/納米球、納米顆粒/納米線)等多種納米結構ZnO及相應的DSSC；利用XRD、SEM、AMBIOS和紫外-可見分光光度計等測試手段對

3、納米材料的結構、形貌和光學等性能進行了表征和分析，利用電流-電壓特性分析了DSSC的性能。主要內容總結如下：
　　1)通過溶膠凝膠法在玻璃襯底上多次旋涂制備了氧化鋅薄膜。主要研究了退火溫度（350-600°C）和醋酸鋅濃度（分別為0.35，0.5和0.65mol/L）對ZnO薄膜表面形貌及光學性質的影響。結果表明：隨退火溫度的升高以及醋酸鋅濃度的升高，ZnO薄膜的c軸取向性提高，晶粒尺寸從16.6 nm增長到19.7 nm；隨著退

4、火溫度的增加，ZnO薄膜光學帶隙減??；透光率隨凝膠濃度的增加而增加。當Zn的濃度從0.35M增加到0.65M時，ZnO光學帶隙能量從3.307eV減小到3.227eV，然而Urbach能量從68.2meV增加到82.4meV。同時，還發(fā)現(xiàn)薄膜中存在張應力，當隨著退火溫度增加至500℃時張應力變小，而進一步增加溫度至600℃時，ZnO薄膜的應力由張應力轉變?yōu)閴簯?。隨Zn濃度的變化ZnO薄膜中的應力變化與上面具有相同的變化趨勢。
　

5、　2)采用旋涂和水熱結合法在FTO晶種襯底上成功制備了ZnO納米棒陣列薄膜。發(fā)現(xiàn)：在晶種溶液中添加PEI時，ZnO納米棒變得密集而整齊；在生長液中添加PEI時，納米棒變得細而長。這些均有利于提高染料吸收和DSSC的光伏性能?；谠谏L液中添加PEI所制備的DSSC的轉換效率能達到1.18%，比生長液中沒有添加PEI時制得的DSSC提高了84%。同時，填充因子和電流密度分別提高了18%and52%。
　　3)研究了生長時間、PEI和

6、NH4OH對旋涂和水浴結合法制備的ZnO納米線的形貌及相應DSSCs的影響。結果表明：生長液中添加PEI和NH4OH后，隨著生長時間延長，納米棒變得細而長，可提高相應DSSCs的短路電流和光電轉換效率。將在含PEI和NH4OH的生長液中所制備的ZnO納米線作為的光電陽極所封裝的DSSC的轉換效率為1.25%，遠高于不含PEI和NH4OH情況下制備的DSSCs的轉換效率(0.58%)。
　　4)成功制備了ZnO納米顆粒/納米球和納米

7、線/納米顆粒復合結構及相應的DSSC。發(fā)現(xiàn)：與氧化鋅納米顆粒為光電極制備的DSSC相比，氧化鋅納米球DSSC的轉化效率提高了63%；與只由納米線制備的DSSC相比，納米線/納米顆粒封裝的DSSC的轉化效率提高了34%，即基于四種納米結構DSSC的光電轉換效率從大到小為：NP+NW>NS>NW>NP；這表明納米球聚合物以及復合納米結構比納米顆?；騿为毜募{米線更適合作為光電陽極。
　　總的來看，論文在采用廉價方法制備多種納米結構ZnO