ZnO基納米復(fù)合光陽(yáng)極的制備及在DSSCs中的應(yīng)用.pdf

1、作為第三代光伏器件，染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)具有原材料豐富、制作成本低、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。DSSC主要由多孔半導(dǎo)體薄膜光陽(yáng)極、含I-/I3-電解質(zhì)和Pt涂覆的對(duì)電極組成。其中，光陽(yáng)極作為DSSC的核心組成部分，對(duì)吸附染料、光捕獲、傳輸電子和收集電子都起到了至關(guān)重要的作用。ZnO具有電子遷移率高、形貌多樣可控、制備方法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有希望取代TiO2的光陽(yáng)極材料。目前ZnO基DSSC的效率普遍偏低，有必要對(duì)其進(jìn)行

2、系統(tǒng)的研究，為其在光伏器件領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　近年來(lái)，通過(guò)復(fù)合納米材料的方式對(duì)DSSC光陽(yáng)極的性能進(jìn)行優(yōu)化已成為提高DSSC轉(zhuǎn)換效率的有效途徑之一。本文將具有不同特性的納米功能材料與ZnO納米粒復(fù)合制備光陽(yáng)極，以提高光陽(yáng)極的電輸運(yùn)性能、光吸收率、實(shí)現(xiàn)DSSC的多種能量轉(zhuǎn)換，來(lái)提升DSSC的性能。主要工作如下：
　　本文通過(guò)“刮膜法”制備了三種復(fù)合光陽(yáng)極，分別為：ZnO納米粒/石墨烯納米片復(fù)合光陽(yáng)極、ZnO納米粒/Ag納

3、米線(xiàn)@ZnO納米核殼材料復(fù)合光陽(yáng)極以及ZnO納米粒/Bi2Te3納米片復(fù)合光陽(yáng)極，并應(yīng)用于DSSC。利用XRD、SEM、TEM、Raman、PL和UV-vis等方法表征了這些復(fù)合光陽(yáng)極薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、成分以及光吸收率，采用電流-電壓輸出特性(J-V)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)試了DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率和電輸運(yùn)性能，分別研究了三種光陽(yáng)極中石墨烯納米片、Ag納米線(xiàn)@ZnO納米棒核殼材料以及Bi2Te3納米片復(fù)合含量對(duì)DSSC性能的影響。得

4、到的主要結(jié)果如下：
　?、僦苽淞瞬煌┘{米片含量（0.0-2.0 wt.％）的ZnO納米粒/石墨烯納米片復(fù)合光陽(yáng)極，應(yīng)用于DSSC。J-V測(cè)試結(jié)果表明，石墨烯的加入能有效地提高DSSC的效率。在石墨烯含量為1.0 wt.%時(shí)，獲得最高的能量轉(zhuǎn)化效率（3.50%），比純ZnO光陽(yáng)極的效率高31%。EIS結(jié)果指出，光陽(yáng)極中的石墨烯納米片能有效提高電子收集效率和傳輸速率，從而提高電子輸運(yùn)能力。
　?、诓捎盟疅岱ㄖ苽涞玫搅烁唛L(zhǎng)徑

5、比的Ag納米線(xiàn)（直徑：約100 nm,長(zhǎng)：若干微米）。在此基礎(chǔ)上通過(guò)兩步熱溶劑法合成了Ag納米線(xiàn)@ZnO納米棒的納米核殼結(jié)構(gòu)，其中作為殼的ZnO納米棒長(zhǎng)100-200 nm，直徑約20 nm。
　　③將不同質(zhì)量比（0-2.5 wt.%）的Ag納米線(xiàn)@ZnO納米棒核殼材料與ZnO納米粒復(fù)合制備光陽(yáng)極。UV-vis吸收譜和模擬計(jì)算分析結(jié)果顯示，Ag納米線(xiàn)的表面等離子體效應(yīng)（表面等離子體共振，表面等離子體激元極化）能有效的提高復(fù)合光陽(yáng)極

6、中光吸收率和光的傳播距離。
　?、苤苽淞嘶贏g納米線(xiàn)@ZnO納米棒核殼材料復(fù)合光陽(yáng)極的DSSCs，并研究核殼材料含量對(duì)DSSC性能的影響。J-V特性曲線(xiàn)結(jié)果指出，Ag納米線(xiàn)@ZnO納米棒的加入，有效的提高了電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率，其中，含Ag納米線(xiàn)@ZnO納米棒濃度為1.5 wt.%的DSSC獲得最高的光電轉(zhuǎn)化效率(η=4.26%)，較純ZnO基光陽(yáng)極DSSC的η高出50.5%。EIS測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步指出，作為核的Ag納米線(xiàn)

7、為電子的快速傳輸提供了直接通道，有效的加快了光陽(yáng)極中電子的轉(zhuǎn)移和傳輸速度，減少了電子的復(fù)合。
　?、堇盟疅岱ǔ晒Φ暮铣闪诉呴L(zhǎng)為300-400 nm，對(duì)邊距離為500-600 nm的正六邊形Bi2Te3納米片。并制備了不同Bi2Te3濃度(0-0.25at.%)的ZnO納米粒/Bi2Te3納米片復(fù)合光陽(yáng)極，應(yīng)用于DSSC。光陽(yáng)極的漫反射測(cè)試結(jié)果顯示，Bi2Te3納米片的加入有效的提高了光陽(yáng)極薄膜的漫反射率，加強(qiáng)了光陽(yáng)極對(duì)光的捕獲能