ZnO纳米线的制备及在敏化太阳能电池中的应用

发布时间：2017-08-07 15:20

  本文关键词：ZnO纳米线的制备及在敏化太阳能电池中的应用

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【摘要】：太阳能作为一种清洁的可再生能源,有利于实现人类社会的可持续发展,但如何高效地转化与储存太阳能成为当下和未来需要解决的重要课题。敏化太阳能电池因其制作工艺简单、成本低廉,对环境的污染较低,被认为是下一代最有潜力的新型太阳能电池之一。传统的敏化太阳能电池一般采用Ti02纳米粒子作为光阳极,但是Ti02纳米粒子间接触性较差且TiO2其电子迁移率较低,降低了敏化太阳能电池的转换效率。ZnO纳米线具有高的电子迁移率、直接传输电子的有效通道及丰富的原料和简单的制备工艺,这有望使敏化ZnO纳米线太阳能电池性能具有更广阔的应用前景。本文采用化学浴沉积(CBD)法制备出高长径比的ZnO纳米线作为光阳极,以CdS量子点和有机染料玫瑰红B作为敏化剂,制成敏化太阳能电池,对ZnO纳米线的结构和形貌以及敏化太阳能电池的光电性能进行了系统分析。主要研究结果如下：1.采用激光分子束外延(LMBE)法首先在ITO导电玻璃上生长一层ZnO种子层,再使用化学浴沉积法在ZnO种子层上生长ZnO纳米线。为了获得垂直于基底排列的高长径比ZnO纳米线,系统研究了ZnO种子层的结晶性、聚乙烯亚胺(PEI)的浓度、水浴温度和生长时间等工艺参数对ZnO纳米线生长的影响。结果表明：当ZnO种子层具有良好的c轴取向时,ZnO纳米线可垂直排列于ITO基底上并呈六角纤锌矿结构；在PEI浓度为4.5mmol/L,水浴温度为95℃,生长时间为9h时,可以获得长径比达20.56的ZnO纳米线。2.采用连续离子层吸附反应(SILAR)法在ZnO纳米线上沉积CdS量子点,并将其组装成敏化太阳能电池。探讨SILAR过程中CdS的循环次数以及不同长径比ZnO纳米线对太阳能电池性能的影响。研究发现：随着CdS的SILAR循环次数从2次增至16次,太阳能电池的效率先增加后减小；随着ZnO纳米线长径比的增大,ZnO纳米线上吸附的CdS量子点数量增多,吸收光谱范围得到加宽,太阳能电池的转换效率得到提高。在CdS循环次数为12次,ZnO纳米线的长径比为20.56时,CdS量子点敏化ZnO纳米线太阳能电池可以达到最高的光电转换效率0.401%。3.采用玫瑰红B直接吸附(DA)法敏化ZnO纳米线并组装成敏化太阳能电池,研究了玫瑰红B的浓度和ZnO纳米线长径比对染料敏化太阳电池光电性能的影响。研究结果表明：当玫瑰红B浓度为0.2mmol/L时,ZnO纳米线的长径比为20.56时,太阳能电池可达到最佳性能,此时的短路电流密度为3.043mA/cm2,开路电压为0.406V,填充因子为0.341,光电转换效率0.421%。4.为了加宽太阳光谱的吸收范围以及弥补单一敏化剂所产生的缺陷,制备CdS和玫瑰红B共敏化ZnO纳米线太阳能电池。研究发现,采用CdS/玫瑰红B共敏化ZnO纳米线可以提高太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率,与CdS和玫瑰红B单一敏化ZnO纳米线太阳能电池对比,转换效率分别提高了28%和22%。
【关键词】：染料敏化 ZnO纳米线 CdS 玫瑰红B 光电性能
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 前言10-11
• 1.2 一维ZnO纳米材料11-14
• 1.2.1 ZnO的晶体结构及特性11-12
• 1.2.2 一维ZnO纳米材料的制备方法12-14
• 1.3 敏化太阳能电池概述14-18
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理14-16
• 1.3.2 量子点敏化太阳能电池的结构和工作原理16-17
• 1.3.3 敏化太阳能电池的性能参数17-18
• 1.4 敏化太阳能电池的研究进展18-20
• 1.4.1 敏化剂研究进展18-19
• 1.4.2 半导体光阳极研究进展19-20
• 1.4.3 电解质研究进展20
• 1.4.4 对电极研究进展20
• 1.5 影响敏化太阳能电池性能的因素20-21
• 1.6 本文的研究目的及内容21-23
• 第二章 实验设计与测试仪器23-27
• 2.1 实验材料与设备23-24
• 2.2 实验路线设计24-25
• 2.3 样品的测试分析25-27
• 2.3.1 结构测试25
• 2.3.2 形貌测试25
• 2.3.3 光学性能测试25-26
• 2.3.4 电学性能测试26
• 2.3.5 太阳能电池量子效率测试26-27
• 第三章 ZnO纳米线的制备与表征27-44
• 3.1 ZnO纳米线的制备过程27-29
• 3.1.1 ITO导电基底的清洗27-28
• 3.1.2 ZnO种子层的沉积28
• 3.1.3 ZnO纳米线的制备28-29
• 3.2 实验结果与讨论29-42
• 3.2.1 不同ZnO种子层结晶性对ZnO纳米线的影响29-34
• 3.2.2 不同PEI浓度对ZnO纳米线生长的影响34-38
• 3.2.3 不同生长时间对ZnO纳米线生长的影响38-40
• 3.2.4 不同水浴温度对ZnO纳米线生长的影响40-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 CdS量子点敏化ZnO纳米线太阳能电池的研究44-56
• 4.1 CdS量子点敏化ZnO纳米线太阳能电池的制备44-46
• 4.2 实验结果与讨论46-55
• 4.2.1 不同CdS量子点SILAR循环次数对ZnO纳米线太阳能电池的影响46-51
• 4.2.2 CdS量子点敏化不同长径比ZnO纳米线太阳能电池的研究51-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 玫瑰红B敏化ZnO纳米线太阳能电池的研究56-64
• 5.1 玫瑰红B敏化ZnO纳米线太阳能电池的制备56-57
• 5.2 实验结果与讨论57-62
• 5.2.1 不同玫瑰红B的浓度对ZnO纳米线太阳能电池的影响57-59
• 5.2.2 玫瑰红B敏化不同长径比ZnO纳米线太阳能电池的研究59-62
• 5.3 本章小结62-64
• 第六章 CdS与玫瑰红B共敏化ZnO纳米线太阳能电池的研究64-68
• 6.1 CdS与玫瑰红B共敏化ZnO纳米线太阳能电池的制备64
• 6.2 实验结果与讨论64-67
• 6.3 本章小结67-68
• 第七章 结论68-70
• 参考文献70-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间发表论文情况80

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4 程和;李燕;邓宏;王锦春;;ZnO纳米线紫外敏感特性[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年

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本文编号：635305