氧化锌纳米棒阵列的制备及其作为染料敏化太阳能电池阳极的性能研究

发布时间：2017-03-17 16:02

  本文关键词：氧化锌纳米棒阵列的制备及其作为染料敏化太阳能电池阳极的性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为一种重要的纳米结构，氧化锌纳米棒阵列结构具有很大的比表面积和量子尺寸效应，具有独特的光、电、磁及化学性质，在染料敏化太阳能电池中具有潜在的应用价值。但目前用于制备氧化锌纳米棒阵列结构的方法大多较复杂，步骤较多，且需要辅助试剂、生长基底昂贵、成本较高，而得到的氧化锌纳米棒阵列的长度也往往有限，限制了其应用。鉴于此，，本文尝试采用简单的一步法在锌片基底上制备多层氧化锌纳米棒阵列及类似形貌；通过研究碱性溶液中锌片表面的腐蚀和氧化锌生长过程，期望构造生长方向可控、比表面积大的氧化锌阵列结构，并研究其作为染料敏化太阳能电池光阳极的性能。本文主要研究内容和结果如下： 1、利用简单的溶液法对基底锌片进行腐蚀，得到具有大比表面积的立体镂空结构，进而以其为基底生长氧化锌纳米棒阵列，得到大比表面积的氧化锌纳米棒阵列。采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）分析了产物的晶体结构和显微形貌，并测定了其作为染料敏化太阳能电池阳极的性能。结果表明，制备的氧化锌纳米棒阵列的开路电压为0.49V，短路电流密度为3.59mA/cm2，填充因子为32.16%，光电转化效率为0.56%。 2、采用简单的溶液化学法，在乙二胺辅助作用下在锌基底上制备了多层氧化锌纳米棒阵列，考察了基底溶液浓度、pH、反应温度、反应时间等对纳米棒阵列生长的影响。采用XRD和SEM分析了产物的晶体结构和显微形貌，并测定了其染料敏化太阳能电池性能。结果表明，提高温度和基底溶液浓度有利于氧化锌纳米棒的生长，而提高pH值则有利于多层结构的生成。得到的多层氧化锌纳米棒阵列规整，纳米棒尺寸均匀、比表面积大，其开路电压为0.62V，短路电流密度为1.82mA/cm2，填充因子为27.56%，光电转化效率为0.31%（该值同相关文献报道值相比略低，具体原因有待于进一步探索）。
【关键词】：氧化锌 纳米棒阵列 染料敏化太阳能电池 阳极
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O614.241;TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-36
• 1.1 引言10
• 1.2 氧化锌的结构和性质10-13
• 1.2.1 氧化锌的晶体结构10-11
• 1.2.2 氧化锌纳米晶的晶体缺陷11-12
• 1.2.3 氧化锌的基本性质12-13
• 1.3 氧化锌的功能特性及应用13-15
• 1.3.1 光学性能13-14
• 1.3.2 电学特性14
• 1.3.3 光催化性能14-15
• 1.4 氧化锌的不同形貌及制备方法15-16
• 1.5 氧化锌纳米棒阵列16-26
• 1.5.1 氧化锌纳米棒阵列的制备方法16-20
• 1.5.2 氧化锌纳米棒阵列的应用20-25
• 1.5.3 ZnO 纳米阵列结构的研究发展25-26
• 1.6 本论文选题依据及主要工作26-29
• 1.6.1 选题依据26-27
• 1.6.2 工作基础27-28
• 1.6.3 研究内容28-29
• 参考文献29-36
• 第二章 多元胺溶液中锌片的腐蚀研究36-52
• 2.1 引言36
• 2.2 实验试剂及实验仪器36-37
• 2.2.1 实验试剂36-37
• 2.2.2 实验仪器37
• 2.3 锌片腐蚀的优化条件及机理探究37-41
• 2.3.1 实验过程37-38
• 2.3.2 表征38-39
• 2.3.3 腐蚀机理探究39-41
• 2.4 各种反应因素对腐蚀的影响探究41-45
• 2.4.1 不同胺类对锌片的腐蚀情况研究对比41-42
• 2.4.2 温度对锌片腐蚀的影响42-43
• 2.4.3 pH 对锌片腐蚀的影响43-44
• 2.4.4 不同多元胺的腐蚀规律44-45
• 2.5 氧化锌纳米棒的生长45-49
• 2.5.1 腐蚀后直接生长氧化锌纳米棒45-47
• 2.5.2 预处理后生长氧化锌纳米棒47-49
• 2.6 室温光致发光性能49-50
• 2.7 总结50-51
• 参考文献51-52
• 第三章 多层氧化锌纳米阵列的制备52-78
• 3.1 引言52-53
• 3.2 实验试剂与仪器53
• 3.2.1 实验试剂53
• 3.2.2 实验仪器53
• 3.3 多层氧化锌纳米棒的制备53-57
• 3.3.1 实验部分53-54
• 3.3.2 表征54-57
• 3.4 用电化学方法研究多层阵列的生长机制57-59
• 3.4.1 用两电极体系监测开路电位—时间曲线57-58
• 3.4.2 用三电极体系监测阳极极化曲线58-59
• 3.5 探究多层氧化锌阵列生长的影响因素59-73
• 3.5.1 基底溶液浓度的影响探究59-61
• 3.5.2 乙二胺量的影响探究61-62
• 3.5.3 反应温度的影响探究62-63
• 3.5.4 反应时间的影响探究63-64
• 3.5.5 基底溶液溶氧量对氧化锌纳米阵列生长的影响64-68
• 3.5.6 尝试不同的胺类68-70
• 3.5.7 复合几种反应条件，中间转换反应条件70-72
• 3.5.8 各因素的影响规律72-73
• 3.6 室温光致发光性能73
• 3.7 总结73-75
• 参考文献75-78
• 第四章 氧化锌阵列的染料敏化太阳能电池性能测试78-86
• 4.1 引言78-79
• 4.2 实验部分79-80
• 4.2.1 氧化锌纳米棒阵列的制备79-80
• 4.2.2 染料敏化太阳能电池的制备80
• 4.3 性能测试80-83
• 4.4 总结83-84
• 参考文献84-86
• 第五章 总结与展望86-88
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文88-90
• 致谢90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 傅竹西,林碧霞,祝杰,贾云波,刘丽萍,彭小滔;MOCVD方法生长的氧化锌薄膜及其发光特性[J];发光学报;2001年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 韩祥云;ZnO纳米阵列和非极性薄膜的制备及性能研究[D];华中科技大学;2011年

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本文编号：253103