本文關(guān)鍵詞：ZnO納米線的制備及在敏化太陽能電池中的應(yīng)用

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【摘要】：太陽能作為一種清潔的可再生能源,有利于實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,但如何高效地轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存太陽能成為當(dāng)下和未來需要解決的重要課題。敏化太陽能電池因其制作工藝簡單、成本低廉,對環(huán)境的污染較低,被認(rèn)為是下一代最有潛力的新型太陽能電池之一。傳統(tǒng)的敏化太陽能電池一般采用Ti02納米粒子作為光陽極,但是Ti02納米粒子間接觸性較差且TiO2其電子遷移率較低,降低了敏化太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。ZnO納米線具有高的電子遷移率、直接傳輸電子的有效通道及豐富的原料和簡單的制備工藝,這有望使敏化ZnO納米線太陽能電池性能具有更廣闊的應(yīng)用前景。本文采用化學(xué)浴沉積(CBD)法制備出高長徑比的ZnO納米線作為光陽極,以CdS量子點(diǎn)和有機(jī)染料玫瑰紅B作為敏化劑,制成敏化太陽能電池,對ZnO納米線的結(jié)構(gòu)和形貌以及敏化太陽能電池的光電性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。主要研究結(jié)果如下：1.采用激光分子束外延(LMBE)法首先在ITO導(dǎo)電玻璃上生長一層ZnO種子層,再使用化學(xué)浴沉積法在ZnO種子層上生長ZnO納米線。為了獲得垂直于基底排列的高長徑比ZnO納米線,系統(tǒng)研究了ZnO種子層的結(jié)晶性、聚乙烯亞胺(PEI)的濃度、水浴溫度和生長時(shí)間等工藝參數(shù)對ZnO納米線生長的影響。結(jié)果表明：當(dāng)ZnO種子層具有良好的c軸取向時(shí),ZnO納米線可垂直排列于ITO基底上并呈六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)；在PEI濃度為4.5mmol/L,水浴溫度為95℃,生長時(shí)間為9h時(shí),可以獲得長徑比達(dá)20.56的ZnO納米線。2.采用連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(SILAR)法在ZnO納米線上沉積CdS量子點(diǎn),并將其組裝成敏化太陽能電池。探討SILAR過程中CdS的循環(huán)次數(shù)以及不同長徑比ZnO納米線對太陽能電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：隨著CdS的SILAR循環(huán)次數(shù)從2次增至16次,太陽能電池的效率先增加后減�。浑S著ZnO納米線長徑比的增大,ZnO納米線上吸附的CdS量子點(diǎn)數(shù)量增多,吸收光譜范圍得到加寬,太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率得到提高。在CdS循環(huán)次數(shù)為12次,ZnO納米線的長徑比為20.56時(shí),CdS量子點(diǎn)敏化ZnO納米線太陽能電池可以達(dá)到最高的光電轉(zhuǎn)換效率0.401%。3.采用玫瑰紅B直接吸附(DA)法敏化ZnO納米線并組裝成敏化太陽能電池,研究了玫瑰紅B的濃度和ZnO納米線長徑比對染料敏化太陽電池光電性能的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)玫瑰紅B濃度為0.2mmol/L時(shí),ZnO納米線的長徑比為20.56時(shí),太陽能電池可達(dá)到最佳性能,此時(shí)的短路電流密度為3.043mA/cm2,開路電壓為0.406V,填充因子為0.341,光電轉(zhuǎn)換效率0.421%。4.為了加寬太陽光譜的吸收范圍以及彌補(bǔ)單一敏化劑所產(chǎn)生的缺陷,制備CdS和玫瑰紅B共敏化ZnO納米線太陽能電池。研究發(fā)現(xiàn),采用CdS/玫瑰紅B共敏化ZnO納米線可以提高太陽能電池的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率,與CdS和玫瑰紅B單一敏化ZnO納米線太陽能電池對比,轉(zhuǎn)換效率分別提高了28%和22%。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化 ZnO納米線 CdS 玫瑰紅B 光電性能
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 前言10-11
• 1.2 一維ZnO納米材料11-14
• 1.2.1 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)及特性11-12
• 1.2.2 一維ZnO納米材料的制備方法12-14
• 1.3 敏化太陽能電池概述14-18
• 1.3.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理14-16
• 1.3.2 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理16-17
• 1.3.3 敏化太陽能電池的性能參數(shù)17-18
• 1.4 敏化太陽能電池的研究進(jìn)展18-20
• 1.4.1 敏化劑研究進(jìn)展18-19
• 1.4.2 半導(dǎo)體光陽極研究進(jìn)展19-20
• 1.4.3 電解質(zhì)研究進(jìn)展20
• 1.4.4 對電極研究進(jìn)展20
• 1.5 影響敏化太陽能電池性能的因素20-21
• 1.6 本文的研究目的及內(nèi)容21-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測試儀器23-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備23-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)路線設(shè)計(jì)24-25
• 2.3 樣品的測試分析25-27
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)測試25
• 2.3.2 形貌測試25
• 2.3.3 光學(xué)性能測試25-26
• 2.3.4 電學(xué)性能測試26
• 2.3.5 太陽能電池量子效率測試26-27
• 第三章 ZnO納米線的制備與表征27-44
• 3.1 ZnO納米線的制備過程27-29
• 3.1.1 ITO導(dǎo)電基底的清洗27-28
• 3.1.2 ZnO種子層的沉積28
• 3.1.3 ZnO納米線的制備28-29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論29-42
• 3.2.1 不同ZnO種子層結(jié)晶性對ZnO納米線的影響29-34
• 3.2.2 不同PEI濃度對ZnO納米線生長的影響34-38
• 3.2.3 不同生長時(shí)間對ZnO納米線生長的影響38-40
• 3.2.4 不同水浴溫度對ZnO納米線生長的影響40-42
• 3.3 本章小結(jié)42-44
• 第四章 CdS量子點(diǎn)敏化ZnO納米線太陽能電池的研究44-56
• 4.1 CdS量子點(diǎn)敏化ZnO納米線太陽能電池的制備44-46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論46-55
• 4.2.1 不同CdS量子點(diǎn)SILAR循環(huán)次數(shù)對ZnO納米線太陽能電池的影響46-51
• 4.2.2 CdS量子點(diǎn)敏化不同長徑比ZnO納米線太陽能電池的研究51-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第五章 玫瑰紅B敏化ZnO納米線太陽能電池的研究56-64
• 5.1 玫瑰紅B敏化ZnO納米線太陽能電池的制備56-57
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論57-62
• 5.2.1 不同玫瑰紅B的濃度對ZnO納米線太陽能電池的影響57-59
• 5.2.2 玫瑰紅B敏化不同長徑比ZnO納米線太陽能電池的研究59-62
• 5.3 本章小結(jié)62-64
• 第六章 CdS與玫瑰紅B共敏化ZnO納米線太陽能電池的研究64-68
• 6.1 CdS與玫瑰紅B共敏化ZnO納米線太陽能電池的制備64
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論64-67
• 6.3 本章小結(jié)67-68
• 第七章 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-79
• 致謝79-80
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文情況80

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本文編號：635305