染料敏化ZnO太阳能电池材料的制备及光电性能的研究

发布时间：2017-11-23 18:05

  本文关键词：染料敏化ZnO太阳能电池材料的制备及光电性能的研究

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【摘要】：本文以合成不同形貌的ZnO材料作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的光阳极材料为目的。探索了合成ZnO的最优条件以及不同反应条件对ZnO生长的影响,进而推测出ZnO生长的机理。探索了不同尺寸ZnO团聚型球的合成条件,以及用于DSSC中对DSSC的光电性能的影响。研究了以谷氨酸为构型剂进行水热反应合成ZnO的条件,通过温度、时间等条件实验,得出最优化条件是在150°C下水热10 h。通过浓度实验以及时间实验推测了谷氨酸与NaOH竞争体制作用下对ZnO生长影响的作用机理,NaOH的浓度增加使ZnO具有生长成为更长更大的单元结构的趋势,从而生长成为片状结构,而NaOH浓度进一步增加则会使ZnO生长成为棒状结构;相反,谷氨酸会阻止ZnO各向异性的生长,从而使ZnO生长成为小短棒状组成的梭形的单元结构。对谷-0.5-2(菜花状)、谷-0.5-3(红花状)、谷-1-2(龙船花状)三种样品以及用作对比的ZnO纳米颗粒作进一步的材料表征发现谷-0.5-2(菜花状)具有除纳米颗粒以外最大的比表面积,并具有最好的结晶度和内部连结性。以不同氨基酸为构型剂,证明了不同氨基酸对ZnO生长的作用规律的普适性。而氨基酸的作用又随着等电点的不同呈规律性变化。氨基酸等电点的增加或者NaOH浓度的增加都会导致ZnO更容易形成片状的单元结构;相反,氨基酸等电点的降低或者氨基酸浓度的增加都会导致ZnO更容易形成由小短棒状组成的梭形的单元结构。研究了谷-0.5-2(菜花状)、谷-0.5-3(红花状)、谷-1-2(龙船花状)三种样品以及Zn O纳米颗粒作为光阳极材料对DSSC光电性能的影响,发现具有较大比表面积、更好地内部连接性的谷-0.5-2(菜花状)更适合做光阳极材料,其DSSC的光电性能最好(4.52%,比以NP为光阳极材料的DSSC高21%)、电子转移电阻最小、电子寿命最长。通过改变PVP的添加量改变ZnO团聚型球的尺寸,并将得到的不同尺寸的ZnO团聚型球应用在DSSC的光阳极中。发现随着PVP添加量的增加,在一定范围内会导致ZnO团聚型球的尺寸增加(平均尺寸从400 nm左右增加到800 nnm左右),相应的比表面积逐渐减小。将不同尺寸的ZnO团聚型球应用于DSSC的光阳极中,得到平均尺寸在400 nm左右的团聚型球对应的DSSC的光电性能最好。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4

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