本文選題：ZnO納米樹(shù)　切入點(diǎn)：有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池　出處：《上海大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：Zn O是一種重要的半導(dǎo)體光電材料,它合成工藝簡(jiǎn)單,在可見(jiàn)光范圍內(nèi)吸收少,并具備電子傳輸性好、環(huán)境友好、毒性低、穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點(diǎn),在發(fā)光二極管、生物傳感器、壓電納米發(fā)電機(jī)、納米激光器、太陽(yáng)能電池、光催化、光解水等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。本文闡述如何通過(guò)電沉積、低溫水熱兩步法廉價(jià)、有效地制備大規(guī)模Zn O納米樹(shù)陣列結(jié)構(gòu)。并將制備出的氧化鋅納米樹(shù)狀結(jié)構(gòu)應(yīng)用到聚合物太陽(yáng)能電池和光電解水中,研究不同退火溫度對(duì)氧化鋅晶體形貌和光電解水性能的影響,以及二氧化鈦和氧化鎂處理的氧化鋅納米樹(shù)對(duì)雜化太陽(yáng)能電池效率的影響。研究?jī)?nèi)容和取得的主要結(jié)果如下:(1)通過(guò)電沉積制備初級(jí)納米棒,采用溶膠凝膠法在納米棒表面提拉種子層,經(jīng)過(guò)煅燒后,通過(guò)水熱法在納米棒上生長(zhǎng)分支,得到納米樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)掃描電鏡、X-射線衍射等手段研究Zn O納米陣列的結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明,溶膠陳化處理對(duì)Zn O納米分支結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)具有決定性影響,陳化處理能使膠粒粒徑增大,煅燒后達(dá)到成核生長(zhǎng)所需的臨界值,從而形成有效籽晶層,在水熱過(guò)程中生長(zhǎng)出分支,形成納米樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。(2)對(duì)制得的氧化鋅納米樹(shù)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行二氧化鈦處理和氧化鎂處理,然后將其組裝成有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池。對(duì)比研究了氧化鋅納米棒和納米樹(shù)結(jié)構(gòu)的電池性能,發(fā)現(xiàn)電流密度增加17.94%,太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率提高11.53%。這是因?yàn)檠趸\的分支結(jié)構(gòu)增大了電子受體與電子供體的有效接觸面積,縮短電子和空穴的傳輸距離所導(dǎo)致的結(jié)果。隨后將氧化鋅納米樹(shù)進(jìn)行不同時(shí)間的Ti O2處理,制備成Zn O-Ti O2核殼結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,處理時(shí)間為1h所得樣品的電池性能最佳,短路電流密度最大為9.95 m A cm-2,經(jīng)過(guò)Ti O2處理的氧化鋅納米樹(shù)組成的電池的轉(zhuǎn)換效率是未做處理的電池的1.17倍。(3)將制備的氧化鋅納米樹(shù)狀結(jié)構(gòu)應(yīng)用于光電解水實(shí)驗(yàn),采用X-射線衍射分析、莫特肖特基測(cè)試、線性掃描伏安法,電化學(xué)阻抗分析表征Zn O納米陣列的晶體結(jié)構(gòu)和光電解水性能。研究了不同的退火溫度處理對(duì)氧化鋅晶型和施主濃度的影響。將未退火和不同退火溫度處理的Zn O納米樹(shù)進(jìn)行線性掃描伏安分析,結(jié)果表明,在模擬太陽(yáng)光照射下,光電流密度隨退火溫度升高而增大,在300 oC時(shí),光電流響應(yīng)范圍和電流密度都達(dá)到最高值。應(yīng)用莫特肖特基測(cè)試中獲得了Zn O樣品的施主濃度,通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算得到空間電荷層厚度。在550℃的退火溫度下,雖然退火導(dǎo)致Zn O結(jié)晶質(zhì)量的提高,但空間電荷層的厚度與納米樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的分支直徑相當(dāng),使得空間電荷層厚度無(wú)法隨電壓進(jìn)一步增大,進(jìn)而限制了光電流的提高。相比于納米棒電極,納米樹(shù)電極的光電解水性能大為改善,這得益于納米樹(shù)的比表面積遠(yuǎn)大于納米棒結(jié)構(gòu)的比表面積。EIS研究結(jié)果顯示,經(jīng)300℃退火處理的氧化鋅納米樹(shù)組裝的電池在傳輸過(guò)程中能有效的降低電子復(fù)合幾率,從而提高了電子轉(zhuǎn)移效率。
[Abstract]:Zn O is an important semiconductor material, its synthesis process is simple, low absorption in the visible range, and has good electronic transmission, environmentally friendly, low toxicity, good stability, low cost, in the light emitting diode, biosensor, piezoelectric nano generator, nano lasers, solar cells, light catalytic photolysis of water and other fields have been widely concerned. This paper discusses how to through the Low Temperature Hydrothermal Electrodeposition, two steps of cheap, efficient preparation of large scale Zn O nano array structure and the tree. The tree Zinc Oxide prepared nano structure applied to polymer solar cell and light water electrolysis, study the influence of different annealing temperature water properties on crystal morphology and photoelectric Zinc Oxide solutions, impact on the efficiency of hybrid solar cells and Magnesium Oxide Zinc Oxide nano titanium dioxide and processing tree. The main research results and the contents are as follows : (1) prepared by electrodeposition of primary nanorods by sol-gel method on the nanorod surface dip seed layer, after calcination, the growth of branches in nanorods by hydrothermal method were obtained by scanning electron microscopy. The tree structure, the structure and properties of X- ray diffraction of Zn means of O nanowire arrays. The results showed that the aging treatment of Zn O nano branch structure has a decisive impact on growth, the aging process can make the particle size increase after calcination reached the critical value required for nuclear growth, so as to form an effective seed layer in the hydrothermal process have branches out to form nano tree structure (2) of. Zinc Oxide and Magnesium Oxide for processing titanium dioxide nano tree structure was prepared, and then assemble them into organic inorganic hybrid solar cells. A comparative study of the performance of Zinc Oxide nanorods and nano tree structure, found that the current density increase 17.94%, improve the conversion efficiency of solar cell 11.53%. this is because the effective contact area increases the branch structure of Zinc Oxide electron acceptor and electron donor, to shorten the distance transmission electron and hole the results. Then Ti O2 different time Zinc Oxide nano tree, prepared by Zn O-Ti O2 the core-shell structure. Show that the processing time is 1h of the sample cell performance is the best, the maximum short-circuit current density of 9.95 m A cm-2, Zinc Oxide Ti O2 tree through the nano processing of the cell conversion efficiency is 1.17 times of untreated battery. (3) the application of Zinc Oxide nano preparation in tree structure photoelecirolysis water experiment using X-, X-ray diffraction analysis, Mott Schottky test, linear sweep voltammetry, electrochemical impedance analysis of crystal structure and optical characterization of Zn O nano array solution water performance. The effects of annealing temperature difference Effect of treatment on Zinc Oxide crystal type and donor concentration. The analysis of linear sweep voltammetry not annealed and annealed at different temperatures Zn O nano trees indicated under simulated sunlight irradiation, the photocurrent density increases with the annealing temperature increasing, at 300 oC, the photocurrent response range and current density reached the highest value. The donor concentration Zn O sample application of Mott Schottky test, through further calculation of space charge layer thickness. The annealing temperature of 550 DEG C, while annealing leads to the crystallization of O to improve the quality of Zn, but the space electric branch thickness and tree structure bearing layer of nano diameter, the space charge layer the thickness not with voltage further increases, thus limiting the photocurrent increased. Compared to the nanorod electrodes, photoelectric nano electrode solution tree water performance is greatly improved, thanks to the tree than the nano surface The product area is much larger than that of the nanorod structure. The results of.EIS show that the cell assembled by Zinc Oxide nano tree annealed at 300 degree temperature can effectively reduce the electron recombination probability in the transmission process, thus improving the electron transfer efficiency.

【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O614.241;TM914.4

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