ZnO-ZnS-CdS納米管量子點(diǎn)太陽能電池的研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC)因能量轉(zhuǎn)換效率較高、適于大面積制作且成本低廉而受到重視。它基于TiO2、SnO2和ZnO等半導(dǎo)體薄膜，以染料分子作為可見光吸收介質(zhì)吸附于半導(dǎo)體顆粒表面作為光陽極。另外，為克服染料分子易降解和壽命短的缺點(diǎn)，半導(dǎo)體量子點(diǎn)替代染料來敏化太陽能電池也應(yīng)運(yùn)而生，且成為另一個(gè)研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的敏化納米電池采用納米顆粒多孔薄膜光陽極，光生載流子會被孤立的納米顆粒、缺陷或者表面態(tài)等捕獲，這會降低光生電流密度，從而限制電池的效

2、率。有效的解決光生電子的復(fù)合途徑之一就是采用一維的納米陣列薄膜替代納米顆粒薄膜，達(dá)到光生電子的傳輸途徑上缺陷和晶粒界面少，達(dá)到電子直通基底的效果。近年，因ZnO具有和TiO2相似的禁帶寬度，并且其電子遷移率遠(yuǎn)高于TiO2，以及具有各向異性的特點(diǎn)，易合成各種形貌不同的納米結(jié)構(gòu)，因此也受到了人們的廣泛關(guān)注和研究。盡管ZnO基量子點(diǎn)太陽能電池(QDSSC)已經(jīng)取得較大的進(jìn)展，但光電轉(zhuǎn)換效率仍然較低。為提高電池的效率，在ZnO與量子點(diǎn)層之間制備

3、ZnS緩沖層，可減少光生電子的復(fù)合。
　　QDSSC的工作原理要求光陽極比表面積大、光傳輸途徑長、光生載流子的復(fù)合率低且傳輸快，基于此，本論文構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)和形貌的ZnO納米棒薄膜。采用硫代乙酰胺(TAA)腐蝕ZnO納米棒的方法制備ZnO/ZnS納米管用作QDSSC的半導(dǎo)體層，并研究兩種方法負(fù)載CdS量子點(diǎn)對ZnO/ZnS基QDSSC性能的影響。具體的研究工作如下:
　　1.將ZnO/ZnS/CdS納米棒和ZnO/CdS納米棒

4、陣列膜組裝成QDSSC，研究ZnS緩沖層對電池性能的影響。首先在FTO導(dǎo)電玻璃上制備ZnO納米棒陣列膜，采用液相沉積的方法在ZnO納米棒的表面包覆一層ZnS得到ZnO/ZnS一維納米棒核殼結(jié)構(gòu)，然后負(fù)載CdS量子點(diǎn)，成功獲得了ZnO/ZnS/CdS納米棒陣列膜。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡等手段對薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了研究，測試結(jié)果顯示，ZnO/ZnS/CdS納米棒陣列膜組裝的QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率為0.668％，其

5、性能優(yōu)于ZnO/CdS納米棒陣列膜組裝的QDSSC。研究表明ZnS緩沖層可減少量子點(diǎn)光生電子的復(fù)合，提高QDSSC的效率。
　　2.成功合成ZnO/ZnS/CdS納米管，并應(yīng)用于QDSSC，獲得了效率較高的QDSSC。首先在FTO導(dǎo)電玻璃上制備ZnO納米棒陣列膜，然后用TAA將制得的ZnO納米棒腐蝕成ZnO/ZnS納米管，并用離子交換的方法將CdS顆粒負(fù)載于ZnO/ZnS納米管陣列的表面，組裝成太陽能電池，獲得了0.820％的光電