本文關(guān)鍵詞：染料敏化ZnO太陽能電池材料的制備及光電性能的研究

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【摘要】：本文以合成不同形貌的ZnO材料作為染料敏化太陽能電池(DSSC)的光陽極材料為目的。探索了合成ZnO的最優(yōu)條件以及不同反應(yīng)條件對ZnO生長的影響,進(jìn)而推測出ZnO生長的機(jī)理。探索了不同尺寸ZnO團(tuán)聚型球的合成條件,以及用于DSSC中對DSSC的光電性能的影響。研究了以谷氨酸為構(gòu)型劑進(jìn)行水熱反應(yīng)合成ZnO的條件,通過溫度、時間等條件實驗,得出最優(yōu)化條件是在150°C下水熱10 h。通過濃度實驗以及時間實驗推測了谷氨酸與NaOH競爭體制作用下對ZnO生長影響的作用機(jī)理,NaOH的濃度增加使ZnO具有生長成為更長更大的單元結(jié)構(gòu)的趨勢,從而生長成為片狀結(jié)構(gòu),而NaOH濃度進(jìn)一步增加則會使ZnO生長成為棒狀結(jié)構(gòu);相反,谷氨酸會阻止ZnO各向異性的生長,從而使ZnO生長成為小短棒狀組成的梭形的單元結(jié)構(gòu)。對谷-0.5-2(菜花狀)、谷-0.5-3(紅花狀)、谷-1-2(龍船花狀)三種樣品以及用作對比的ZnO納米顆粒作進(jìn)一步的材料表征發(fā)現(xiàn)谷-0.5-2(菜花狀)具有除納米顆粒以外最大的比表面積,并具有最好的結(jié)晶度和內(nèi)部連結(jié)性。以不同氨基酸為構(gòu)型劑,證明了不同氨基酸對ZnO生長的作用規(guī)律的普適性。而氨基酸的作用又隨著等電點的不同呈規(guī)律性變化。氨基酸等電點的增加或者NaOH濃度的增加都會導(dǎo)致ZnO更容易形成片狀的單元結(jié)構(gòu);相反,氨基酸等電點的降低或者氨基酸濃度的增加都會導(dǎo)致ZnO更容易形成由小短棒狀組成的梭形的單元結(jié)構(gòu)。研究了谷-0.5-2(菜花狀)、谷-0.5-3(紅花狀)、谷-1-2(龍船花狀)三種樣品以及Zn O納米顆粒作為光陽極材料對DSSC光電性能的影響,發(fā)現(xiàn)具有較大比表面積、更好地內(nèi)部連接性的谷-0.5-2(菜花狀)更適合做光陽極材料,其DSSC的光電性能最好(4.52%,比以NP為光陽極材料的DSSC高21%)、電子轉(zhuǎn)移電阻最小、電子壽命最長。通過改變PVP的添加量改變ZnO團(tuán)聚型球的尺寸,并將得到的不同尺寸的ZnO團(tuán)聚型球應(yīng)用在DSSC的光陽極中。發(fā)現(xiàn)隨著PVP添加量的增加,在一定范圍內(nèi)會導(dǎo)致ZnO團(tuán)聚型球的尺寸增加(平均尺寸從400 nm左右增加到800 nnm左右),相應(yīng)的比表面積逐漸減小。將不同尺寸的ZnO團(tuán)聚型球應(yīng)用于DSSC的光陽極中,得到平均尺寸在400 nm左右的團(tuán)聚型球?qū)?yīng)的DSSC的光電性能最好。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4

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本文編號：1219332