本文關(guān)鍵詞：以ZnO納米棒陣列薄膜為光陽(yáng)極的染料敏化太陽(yáng)能電池研究

  更多相關(guān)文章： 溶膠凝膠法 FTO/ZNA電極 染料敏化太陽(yáng)能電池 敏化

【摘要】：本文綜合概述了太陽(yáng)能電池的研究發(fā)展與現(xiàn)狀,歸納總結(jié)出染料敏化太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)以及研究過(guò)程中存在的問(wèn)題。染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitised Solar Cells,簡(jiǎn)稱(chēng)DSSC)是一種新型的薄膜太陽(yáng)能電池,其制備工藝簡(jiǎn)單,制作原料來(lái)源豐富,制備過(guò)程對(duì)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(jià)、無(wú)毒、透明導(dǎo)電性等特點(diǎn),漸漸成為太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。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(jīng)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(shí)得到以下制備薄膜性能較優(yōu)良的工藝參數(shù),主要包括溶膠濃度、對(duì)溶膠液的干燥溫度、時(shí)間及煅燒溫度。采用在低溫溶液中生長(zhǎng)的方法,以硝酸鋅和六亞甲基四胺的混合溶液為生長(zhǎng)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(duì)Zn O納米粉體及其納米棒陣列薄膜進(jìn)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(jiàn)光譜(UV-Vis)等手段對(duì)Zn O薄膜和納米棒陣列薄膜進(jìn)行了表征。并利用太陽(yáng)能電池I-V測(cè)試系統(tǒng)對(duì)組裝好的染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能進(jìn)行測(cè)試。研究結(jié)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(zhǎng)的方法,即以硝酸鋅和六亞甲基四胺的混合溶液為生長(zhǎng)液,在覆有Zn O種子層的FTO導(dǎo)電玻璃上制備Zn O納米棒陣列薄膜(簡(jiǎn)稱(chēng)FTO/ZNA電極),生長(zhǎng)液濃度為0.025mol/L、Zn O薄膜豎直放置、生長(zhǎng)的時(shí)間為4.5h以及制備Zn O種子層的前驅(qū)液中應(yīng)添加聚乙二醇。(2)XRD結(jié)果表明:氧化鋅納米粉體晶體為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),結(jié)晶性良好,無(wú)雜質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)的纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅相匹配,屬于六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu),衍射峰峰形窄且尖銳,除了少數(shù)幾個(gè)由FTO導(dǎo)電玻璃中的物質(zhì)所引起的衍射峰外,沒(méi)有其他雜質(zhì)峰,說(shuō)明采用低溫溶液生長(zhǎng)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(zhǎng),即沿c軸擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。(3)SEM結(jié)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(guò)程中出現(xiàn)納米顆粒團(tuán)聚、薄膜因退火而出現(xiàn)裂痕;生長(zhǎng)時(shí)間的長(zhǎng)短、生長(zhǎng)液濃度、覆有種子層的基底放置方式對(duì)Zn O納米棒陣列生長(zhǎng)均有影響。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較得到以下結(jié)果:FTO導(dǎo)電玻璃豎直放置在溫度為95℃、濃度為0.025mol/L的生長(zhǎng)液中生長(zhǎng)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(zhǎng)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(jié)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(qiáng)的順磁吸收信號(hào),該處信號(hào)峰與Zn O粉體的EPR信號(hào)峰位置接近,所以該信號(hào)可能是制備過(guò)程中產(chǎn)生的Zn-H鍵的信號(hào)位置,可作為FTO/ZNA電極與Zn O種子層的EPR特征信號(hào)定性的判斷FTO/ZNA電極的自由電子數(shù)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(jiàn)(UV-Vis)光譜結(jié)果表明:Zn O種子層和FTO/ZNA電極在紫外光區(qū)具有很強(qiáng)的吸收,且FTO/ZNA電極對(duì)紫外光的吸收強(qiáng)于Zn O種子層,而二者對(duì)可見(jiàn)光均無(wú)吸收。被鋅卟啉染料敏化后的FTO/ZNA電極在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有了吸收波段,在426nm處存在較強(qiáng)的吸收峰,這主要是由鋅卟啉染料對(duì)可見(jiàn)光的吸收引起的,說(shuō)明鋅卟啉染料對(duì)FTO/ZNA電極敏化產(chǎn)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(yáng)極進(jìn)行DSSC組裝,利用I-V曲線測(cè)試系統(tǒng)對(duì)DSSC的光電性能進(jìn)行測(cè)試,得到開(kāi)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(zhuǎn)換效率η為1.67%。
【關(guān)鍵詞】：溶膠凝膠法 FTO/ZNA電極 染料敏化太陽(yáng)能電池 敏化
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(yáng)能電池的分類(lèi)17-19
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及工作原理19-22
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的研究發(fā)展22-25
• 1.5 ZnO特性及其應(yīng)用25-28
• 1.6 本論文研究的內(nèi)容及意義28-30
• 2 實(shí)驗(yàn)材料、制備及測(cè)試方法30-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)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(jié)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(jiàn)吸收光譜分析47-48
• 3.6 本章小結(jié)48-50
• 4 ZnO納米棒陣列薄膜作為光陽(yáng)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(yáng)極的DSSC組裝50-51
• 4.3 DSSC的測(cè)試與結(jié)果分析51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 5 結(jié)論54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 作者簡(jiǎn)歷60-62
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集62

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本文編號(hào)：825299