發(fā)布時間：2017-09-10 16:13

  本文關鍵詞：以ZnO納米棒陣列薄膜為光陽極的染料敏化太陽能電池研究

  更多相關文章： 溶膠凝膠法 FTO/ZNA電極 染料敏化太陽能電池 敏化

【摘要】：本文綜合概述了太陽能電池的研究發(fā)展與現狀,歸納總結出染料敏化太陽能電池的優(yōu)勢以及研究過程中存在的問題。染料敏化太陽能電池(Dye-sensitised Solar Cells,簡稱DSSC)是一種新型的薄膜太陽能電池,其制備工藝簡單,制作原料來源豐富,制備過程對環(huán)境友好,電池光電性能較穩(wěn)定,且成本低廉。而Zn O以其原材料豐富、廉價、無毒、透明導電性等特點,漸漸成為太陽能電池光陽極材料領域研究的熱點。采用溶膠-凝膠法以乙二醇甲醚為溶劑、醋酸鋅為前軀體、二乙醇胺為穩(wěn)定劑、聚乙二醇為表面活性劑制備出了Zn O薄膜種子層。經干燥、熱處理、高溫煅燒,最后制備出均勻、透明的氧化鋅薄膜。同時得到以下制備薄膜性能較優(yōu)良的工藝參數,主要包括溶膠濃度、對溶膠液的干燥溫度、時間及煅燒溫度。采用在低溫溶液中生長的方法,以硝酸鋅和六亞甲基四胺的混合溶液為生長液,在Zn O種子層上制備Zn O納米棒陣列薄膜。使用X射線衍射(XRD)對Zn O納米粉體及其納米棒陣列薄膜進行表征;使用掃描電子顯微鏡(SEM)、電子順磁共振儀(EPR)、紫外可見光譜(UV-Vis)等手段對Zn O薄膜和納米棒陣列薄膜進行了表征。并利用太陽能電池I-V測試系統對組裝好的染料敏化太陽能電池的光電性能進行測試。研究結果表明:(1)Zn O納米棒陣列薄膜制備的最佳制備條件是采用在低溫溶液中生長的方法,即以硝酸鋅和六亞甲基四胺的混合溶液為生長液,在覆有Zn O種子層的FTO導電玻璃上制備Zn O納米棒陣列薄膜(簡稱FTO/ZNA電極),生長液濃度為0.025mol/L、Zn O薄膜豎直放置、生長的時間為4.5h以及制備Zn O種子層的前驅液中應添加聚乙二醇。(2)XRD結果表明:氧化鋅納米粉體晶體為六方纖鋅礦結構,結晶性良好,無雜質峰;氧化鋅納米棒陣列薄膜(FTO/ZNA電極)樣品各衍射面的衍射峰與標準的纖鋅礦結構氧化鋅相匹配,屬于六方晶系纖鋅礦結構,衍射峰峰形窄且尖銳,除了少數幾個由FTO導電玻璃中的物質所引起的衍射峰外,沒有其他雜質峰,說明采用低溫溶液生長法制備出的Zn O納米棒陣列薄膜純度很高,其晶粒尺寸(48.6nm)比氧化鋅粉體(31nm)大,(002)晶面的擇優(yōu)取向性i(002)=0.846亦比粉體i(002)=0.214的好。絕大部分的Zn O納米棒是沿(002)晶面生長,即沿c軸擇優(yōu)取向生長。(3)SEM結果表明:表面活性劑聚乙二醇能夠防止納米氧化鋅薄膜在煅燒過程中出現納米顆粒團聚、薄膜因退火而出現裂痕;生長時間的長短、生長液濃度、覆有種子層的基底放置方式對Zn O納米棒陣列生長均有影響。通過對實驗結果進行比較得到以下結果:FTO導電玻璃豎直放置在溫度為95℃、濃度為0.025mol/L的生長液中生長4.5h后得到的Zn O納米棒陣列薄膜排列相較于其他條件下生長的薄膜,形貌更規(guī)整,棒的尺寸分布均勻,平均直徑在100nm左右。(4)EPR結果表明:Zn O種子層和Zn O納米棒陣列薄膜在g=1.926處有較強的順磁吸收信號,該處信號峰與Zn O粉體的EPR信號峰位置接近,所以該信號可能是制備過程中產生的Zn-H鍵的信號位置,可作為FTO/ZNA電極與Zn O種子層的EPR特征信號定性的判斷FTO/ZNA電極的自由電子數比Zn O種子層多,使得FTO/ZNA電極的自由電子在電路中更易于傳輸。(5)紫外可見(UV-Vis)光譜結果表明:Zn O種子層和FTO/ZNA電極在紫外光區(qū)具有很強的吸收,且FTO/ZNA電極對紫外光的吸收強于Zn O種子層,而二者對可見光均無吸收。被鋅卟啉染料敏化后的FTO/ZNA電極在可見光范圍內具有了吸收波段,在426nm處存在較強的吸收峰,這主要是由鋅卟啉染料對可見光的吸收引起的,說明鋅卟啉染料對FTO/ZNA電極敏化產生了良好的效果。(6)使用被Zn TPP染料敏化FTO/ZNA電極,以敏化電極為光陽極進行DSSC組裝,利用I-V曲線測試系統對DSSC的光電性能進行測試,得到開路電壓Voc為592m V,短路電流Isc為4.1498m A,填充因子為0.51,最大輸出功率Pmax為1342.097m W,光電池的轉換效率η為1.67%。
【關鍵詞】：溶膠凝膠法 FTO/ZNA電極 染料敏化太陽能電池 敏化
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 圖清單13-15
• 表清單15-16
• 1 緒論16-30
• 1.1 引言16-17
• 1.2 太陽能電池的分類17-19
• 1.3 染料敏化太陽能電池結構及工作原理19-22
• 1.4 染料敏化太陽能電池的研究發(fā)展22-25
• 1.5 ZnO特性及其應用25-28
• 1.6 本論文研究的內容及意義28-30
• 2 實驗材料、制備及測試方法30-38
• 2.1 實驗材料、儀器及試劑30-31
• 2.2 ZnO納米棒陣列薄膜的制備31-34
• 2.3 ZnO納米棒陣列薄膜的表征方法34-36
• 2.4 本章小結36-38
• 3 ZnO種子層及納米棒陣列薄膜的表征38-50
• 3.1 ZnO粉末、納米棒陣列薄膜的X射線衍射分析38-40
• 3.2 ZnO種子層薄膜的掃描電子顯微鏡表征40-41
• 3.3 ZnO納米棒陣列薄膜的掃描電子顯微表征41-45
• 3.4 ZnO納米棒陣列薄膜電極的電子順磁共振譜分析45-47
• 3.5 ZnO納米棒陣列薄膜電極的紫外可見吸收光譜分析47-48
• 3.6 本章小結48-50
• 4 ZnO納米棒陣列薄膜作為光陽極的DSSC研究50-54
• 4.1 引言50
• 4.2 基于ZnO納米棒陣列薄膜光陽極的DSSC組裝50-51
• 4.3 DSSC的測試與結果分析51-53
• 4.4 本章小結53-54
• 5 結論54-56
• 參考文獻56-60
• 作者簡歷60-62
• 學位論文數據集62

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 魯金忠;張永康;周駿;孔德軍;任旭東;葛濤;;ZnO納米晶體的同軸送氧激光制備及其特性[J];江蘇大學學報(自然科學版);2006年05期

2 馮躍軍;龐起;何軍;梁春杰;周立亞;;ZnO納米四腳狀陣列電極染料敏化太陽能電池[J];功能材料;2012年04期

3 王金芳;孫曉燕;劉長友;介萬奇;;Zn基ZnO納米棒陣列的制備和發(fā)光特性[J];科學技術與工程;2012年13期

4 洪勇;王樹林;李來強;徐波;韓光強;;Zn納米粒子/ZnO納米棒的光催化降解特性[J];上海理工大學學報;2010年02期

5 王海鋒;王樹林;蹇敦亮;陳海燕;丁浩冉;;ZnO納米棒陣列膜的制備及其光電化學性能研究[J];功能材料;2011年08期

6 許玉娥;杜甲印;;滾筒刷狀ZnO納米結構宏觀體的制備及表征[J];企業(yè)技術開發(fā);2013年05期

7 魏琳;張光華;李康;焦軍;陳延學;;ZnO納米棒陣列的可控生長與表征[J];長春理工大學學報(自然科學版);2010年01期

8 鞏飛龍;張永輝;肖元化;盧靈珍;張愛勤;李峰;;多孔ZnO納米片的制備及氣敏性能研究[J];鄭州大學學報(工學版);2012年06期

9 盧紅霞;於秀君;韓艷麗;范冰冰;;水熱法可控合成ZnO納米棒及其光催化性能研究[J];鄭州大學學報(工學版);2012年02期

10 張培增;李瑞山;謝二慶;楊華;王璇;王濤;馮有才;;電化學方法制備ZnO納米顆粒摻雜類金剛石薄膜及其場發(fā)射性能研究[J];物理學報;2012年08期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 武麗慧;張永哲;韓立中;康翠萍;謝二慶;;ZnO納米球制備染料敏化太陽能電池電極的研究[A];TFC'07全國薄膜技術學術研討會論文摘要集[C];2007年

2 王秀軍;陳冠華;;維度變化導致ZnO納米帶出現金屬性[A];中國化學會第九屆全國量子化學學術會議暨慶祝徐光憲教授從教六十年論文摘要集[C];2005年

3 王玉新;李新勇;;低溫濕化學法制備ZnO納米棒陣列膜[A];第五屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學術會議論文集[C];2007年

4 吳嘗;朱克榮;周廣東;;ZnO納米晶的拉曼光譜[A];第十五屆全國光散射學術會議論文摘要集[C];2009年

5 王明軍;方國家;艾磊;劉逆霜;高慧敏;趙興中;;種子層對染料敏化ZnO納米棒光伏電池性能的影響[A];第六屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（4）[C];2007年

6 于靈敏;朱長純;;絲網印刷ZnO納米錐場發(fā)射特性研究[A];第九屆真空技術應用學術年會論文集[C];2006年

7 徐春祥;朱光平;J.Kasim;李欣;陳瑞添;楊儀;申澤驤;孫小衛(wèi);;ZnO納米碟的發(fā)光與Raman光譜圖像[A];第11屆全國發(fā)光學學術會議論文摘要集[C];2007年

8 孔林;王亮;楊家祥;許獻云;周虹屏;吳杰穎;田玉鵬;;單一前驅體溶劑熱法制備花樣ZnO納米結構[A];全國第十四屆大環(huán)化學暨第六屆超分子化學學術討論會論文專輯[C];2008年

9 韓嘯;程軻;張電波;師清;戴樹璽;杜祖亮;;ZnO納米棒陣列/CdS納米晶復合結構的制備及其光電性質[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 黃在銀;譚學才;袁愛群;吳健;周澤廣;;特殊ZnO納米結構的自組裝合成與表征[A];第三屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集（下）[C];2006年

，

本文編號：825299