【摘要】：太陽能電池是太陽能利用中可實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的一種有效手段,其中具有光電轉(zhuǎn)換性能的半導(dǎo)體材料已成為研究熱點。α-Fe_2O_3是一種常見的半導(dǎo)體材料,帶隙寬度為2.1 eV,由于其化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低、在可見光區(qū)可吸收光子等優(yōu)點成為在太陽能電池中具有潛在應(yīng)用的半導(dǎo)體材料。盡管α-Fe_2O_3擁有諸多優(yōu)點,但同時也存在著光生電荷壽命短、電子遷移率較低等缺點,現(xiàn)有報道中的實際光轉(zhuǎn)化效率也比理論效率低的多。為了克服這些問題,構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)和輔助摻雜就成為了解決問題常用的兩種方法。BiOI被視為新一代高效、環(huán)境友好、可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體光電極材料,化學(xué)穩(wěn)定性高,禁帶寬度窄。但單體BiOI中光生電子和空穴在遷移過程中仍然有較大復(fù)合幾率,大大降低了其光催化效率和光電轉(zhuǎn)換性能。本文利用構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)和Bi輔助摻雜這兩種方式分別制備了Fe_2O_3/BiOI復(fù)合光電陽極和微量摻雜Bi的Bi-Fe_2O_3光電陽極,并將其應(yīng)用在太陽能電池當(dāng)中。對其形貌、光電轉(zhuǎn)換性能等方面進行表征,研究并探討出光生電子和空穴產(chǎn)生以及傳輸?shù)臋C理。本文主要工作如下:1.采用水熱合成法制備了生長于導(dǎo)電玻璃(FTO)基底上的Fe_2O_3納米棒陣列,通過化學(xué)浴沉積(CBD)法成功地將BiOI與Fe_2O_3納米棒陣列復(fù)合在一起,制備了一種新型太陽能電池光陽極。n型半導(dǎo)體Fe_2O_3與p型半導(dǎo)體BiOI復(fù)合所形成的n-p異質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠有效促進光生電子-空穴對的分離進而提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,通過控制化學(xué)浴沉積的循環(huán)次數(shù)可實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的最大化�；贔e_2O_3/BiOI光電陽極的太陽能電池,模擬太陽能電池的效率最高可達0.55%,開路電壓和短路電流分別可達到0.41 V和4.89 m A·cm~(-2),FF(%)為33.4。此項研究為發(fā)展低成本、環(huán)境友好并且可應(yīng)用在太陽能電池中的光電材料提供了一種可行方法。2.采用水熱法在FTO導(dǎo)電玻璃基底上合成了一種Bi微量摻雜的Fe_2O_3納米棒薄膜電極。通過控制Bi(NO_3)_3·5H_2O的量,可以制備出不同F(xiàn)e與Bi摩爾比的Bi-Fe_2O_3光電極。所得的Bi-Fe_2O_3光電極與單純Fe_2O_3光電極相比,納米結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化,但在光電流、光電壓等光電性能方面都有明顯提升,基于Bi-Fe_2O_3光電陽極制備所得的太陽能電池展現(xiàn)出優(yōu)秀的光電性能,光電轉(zhuǎn)換效率最高可達0.20%,其中短路電流為2.67 mA·cm~(-2),開路電壓為0.30 V,FF(%)為25.0。
【圖文】：

BiOX（X=Cl、Br、I）晶體結(jié)構(gòu)示意圖

以 Bi(NO3)3和 KI 為原料，水和乙醇的混合溶液作為溶劑，在常溫下制備出一種3D 花狀 BiOI 多級結(jié)構(gòu)。當(dāng)加入 KI 后，產(chǎn)物由微小顆粒（圖 1-2（a））逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閳D 1-2（b，c）中各向異性生長的納米片狀。探究其在可見光照射下對甲基橙（MO），亞甲基藍（MB）和羅丹明 B（RhB）的光催化性能。實驗表明所制得的花狀 BiOI 對羅丹明 B（RhB）的催化降解效果最好。
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TM914.4

【參考文獻】

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1 靳海波;原偉偉;郭志武;何廣湘;;溫和條件下納米氧化鐵催化劑催化氧化環(huán)己烷的反應(yīng)性能[J];石油學(xué)報(石油加工);2011年02期

2 王林;;納米氧化鐵的制備與應(yīng)用研究進展[J];科技致富向?qū)?2011年11期

3 于洪濤;全燮;;納米異質(zhì)結(jié)光催化材料在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的研究進展[J];化學(xué)進展;2009年Z1期

4 田蒙奎;上官文峰;王世杰;歐陽自遠;;可見光響應(yīng)光解水制氫的半導(dǎo)體光催化劑[J];化學(xué)進展;2007年05期

5 婁向東;劉雙枝;王天喜;成慶堂;席國喜;;納米氧化鐵化學(xué)制備方法研究進展[J];無機鹽工業(yè);2005年12期

6 趙紅麗,琚行松,芮玉蘭,梁英華;納米氧化鐵的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及用途[J];唐山師范學(xué)院學(xué)報;2005年05期

7 程萍,顧明元,金燕蘋;TiO_2光催化劑可見光化研究進展[J];化學(xué)進展;2005年01期

8 賀蘊秋，，解慶紅;溶膠-凝膠法合成氧化鐵系統(tǒng)陶瓷[J];功能材料;1999年02期

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1 王克偉;碘化氧鉍BiOI納米片狀陣列的合成及其應(yīng)用研究[D];華中師范大學(xué);2012年

2 肖信;碘氧化鉍分級微納結(jié)構(gòu)的合成、表征和可見光光催化活性研究[D];華南理工大學(xué);2011年

3 張喜;新型鹵化氧鉍BiOX（X=Cl、Br、I）光催化劑的合成、表征及催化性能研究[D];華中師范大學(xué);2010年

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本文編號：2611615