發(fā)布時間：2017-08-07 15:20

  本文關鍵詞：ZnO納米線的制備及在敏化太陽能電池中的應用

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【摘要】：太陽能作為一種清潔的可再生能源,有利于實現人類社會的可持續(xù)發(fā)展,但如何高效地轉化與儲存太陽能成為當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用前景。本文采用化學浴沉積(CBD)法制備出高長徑比的ZnO納米線作為光陽極,以CdS量子點和有機染料玫瑰紅B作為敏化劑,制成敏化太陽能電池,對ZnO納米線的結構和形貌以及敏化太陽能電池的光電性能進行了系統(tǒng)分析。主要研究結果如下：1.采用激光分子束外延(LMBE)法首先在ITO導電玻璃上生長一層ZnO種子層,再使用化學浴沉積法在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種子層的結晶性、聚乙烯亞胺(PEI)的濃度、水浴溫度和生長時間等工藝參數對ZnO納米線生長的影響。結果表明：當ZnO種子層具有良好的c軸取向時,ZnO納米線可垂直排列于ITO基底上并呈六角纖鋅礦結構；在PEI濃度為4.5mmol/L,水浴溫度為95℃,生長時間為9h時,可以獲得長徑比達20.56的ZnO納米線。2.采用連續(xù)離子層吸附反應(SILAR)法在ZnO納米線上沉積CdS量子點,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：隨著CdS的SILAR循環(huán)次數從2次增至16次,太陽能電池的效率先增加后減��；隨著ZnO納米線長徑比的增大,ZnO納米線上吸附的CdS量子點數量增多,吸收光譜范圍得到加寬,太陽能電池的轉換效率得到提高。在CdS循環(huán)次數為12次,ZnO納米線的長徑比為20.56時,CdS量子點敏化ZnO納米線太陽能電池可以達到最高的光電轉換效率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。研究結果表明：當玫瑰紅B濃度為0.2mmol/L時,ZnO納米線的長徑比為20.56時,太陽能電池可達到最佳性能,此時的短路電流密度為3.043mA/cm2,開路電壓為0.406V,填充因子為0.341,光電轉換效率0.421%。4.為了加寬太陽光譜的吸收范圍以及彌補單一敏化劑所產生的缺陷,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,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,轉換效率分別提高了28%和22%。
【關鍵詞】：染料敏化 ZnO納米線 CdS 玫瑰紅B 光電性能
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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的晶體結構及特性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構和工作原理14-16
• 1.3.2 量子點敏化太陽能電池的結構和工作原理16-17
• 1.3.3 敏化太陽能電池的性能參數17-18
• 1.4 敏化太陽能電池的研究進展18-20
• 1.4.1 敏化劑研究進展18-19
• 1.4.2 半導體光陽極研究進展19-20
• 1.4.3 電解質研究進展20
• 1.4.4 對電極研究進展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容21-23
• 第二章 實驗設計與測試儀器23-27
• 2.1 實驗材料與設備23-24
• 2.2 實驗路線設計24-25
• 2.3 樣品的測試分析25-27
• 2.3.1 結構測試25
• 2.3.2 形貌測試25
• 2.3.3 光學性能測試25-26
• 2.3.4 電學性能測試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 實驗結果與討論29-42
• 3.2.1 不同ZnO種子層結晶性對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42-44
• 第四章 CdS量子點敏化ZnO納米線太陽能電池的研究44-56
• 4.1 CdS量子點敏化ZnO納米線太陽能電池的制備44-46
• 4.2 實驗結果與討論46-55
• 4.2.1 不同CdS量子點SILAR循環(huán)次數對ZnO納米線太陽能電池的影響46-51
• 4.2.2 CdS量子點敏化不同長徑比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 實驗結果與討論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 實驗結果與討論64-67
• 6.3 本章小結67-68
• 第七章 結論68-70
• 參考文獻70-79
• 致謝79-80
• 攻讀學位期間發(fā)表論文情況80

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本文編號：635305