ZnO-SnO2核殼結(jié)構(gòu)陣列的制備及其染料敏化太陽能電池性能研究.pdf

1、在積極開發(fā)新能源的今天，染料敏化太陽能電池(DSSC)以其具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率、較低的生產(chǎn)成本以及適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢受到人們的大量關(guān)注。DSSC的光陽極材料主要包括TiO2、ZnO和SnO2等化合物半導(dǎo)體材料。目前為止，研究最多并且光電轉(zhuǎn)換效率最高的是TiO2基DSSC，最高效率可達(dá)11％。但是由于TiO2容易光降解染料分子、電子遷移率低易造成載流子在傳輸過程的復(fù)合等問題阻礙了TiO2基DSSC的發(fā)展。
　　 ZnO憑借其電

2、子傳輸速度(115-155 cm2V-1S-1)遠(yuǎn)高于TiO2(10-5 cm2V-1S-1)，帶隙和導(dǎo)帶位置與TiO2相近，并且成本低、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而成為DSSC光陽極材料的有力競爭者。本文重點(diǎn)研究的一維ZnO納米針陣列在具備ZnO納米晶材料優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，其一維結(jié)構(gòu)克服了納米顆粒薄膜中表面態(tài)、孤立的納米顆粒和缺陷對光生電子捕獲的問題，提供了載流子直接傳入基底的路徑，提升了載流子傳輸?shù)乃俾什⒁种屏溯d流子的復(fù)合，從而提高了ZnO基D

3、SSC的光電轉(zhuǎn)換效率。但是，一維ZnO納米針陣列有著化學(xué)穩(wěn)定性低、易被酸堿腐蝕、對染料分子光降解作用強(qiáng)以及表面染料容易與Zn3+形成非正常聚集等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其光電性能較低。針對這一問題，科研工作者們采用不同的半導(dǎo)體材料對ZnO納米針進(jìn)行包覆形成核殼結(jié)構(gòu)，這種方法可以對ZnO進(jìn)行保護(hù)，克服上述缺點(diǎn)。
　　 基于上述考慮，本文以一維ZnO納米針陣列為研究重點(diǎn)，進(jìn)行了以下兩方面研究：
　　 1.成功制備出了多尺寸分布的ZnO納米

4、針陣列，并得到了效率較高的ZnO基DSSC。利用一定比例的Zn(NO3)2·6H2O、NH3·H2O和NH4F為原料，采用簡單的低溫水熱方法，通過調(diào)控反應(yīng)時(shí)間，在FTO導(dǎo)電玻璃上成功制備出不同長度的ZnO納米針陣列薄膜，且陣列中納米針為多尺寸分布，高溫?zé)Y(jié)后ZnO的結(jié)晶度得到了提高。該多尺寸分布的針狀結(jié)構(gòu)可大大提高薄膜對太陽光的捕獲量，當(dāng)用做DSSC的光陽極，DSSC電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)2.87％。研究發(fā)現(xiàn)，在ZnO納米針陣列的制備過

5、程中，NH4F的加入起著至關(guān)重要的作用，在水熱條件下F-對ZnO納米針的表面進(jìn)行選擇性刻蝕，一方面形成了多尺寸分布的納米針陣列，可增加對太陽光的捕獲量；另一方面F-改善ZnO納米針的表面態(tài)，有效地提高了染料的吸附量。
　　 2.利用提拉法在ZnO納米針外層包覆SnO2殼層，成功獲得了ZnO/SnO2核殼結(jié)構(gòu)納米針陣列。通過SnO2的均勻包覆，ZnO/SnO2基DSSC的光電性能得到大幅提升，這主要應(yīng)得益于SnO2非晶殼層對ZnO