本文選題：太陽(yáng)電池 + 半導(dǎo)體光電材料�。� 參考：《遼寧大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)能源的快速消耗,環(huán)境也遭受到了相應(yīng)的破壞,開(kāi)發(fā)新型的綠色能源成為當(dāng)前的一個(gè)重要目標(biāo)。地表的太陽(yáng)能具有環(huán)保、安全、壽命長(zhǎng)和利用范圍廣等優(yōu)勢(shì),因此太陽(yáng)能是我們急需開(kāi)發(fā)和利用的清潔能源并且有望成為人類(lèi)最大的目標(biāo)能源。半導(dǎo)體光電材料可作為利用太陽(yáng)能的載體實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。ZnO和TiO2因具有來(lái)源廣、成本低、電子遷移率高和光活性高等顯著優(yōu)點(diǎn)成為了研究最多的半導(dǎo)體光電材料,然而由于它們帶隙較寬,主要吸收紫外光,不能有效利用可見(jiàn)光,導(dǎo)致基于ZnO和TiO2太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低,它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中就會(huì)受到某種程度的限制。因此,我們可以用窄帶隙的半導(dǎo)體材料修飾ZnO和TiO2構(gòu)筑納米級(jí)別的異質(zhì)結(jié)構(gòu)或用有機(jī)染料敏化ZnO和TiO2構(gòu)成復(fù)合體系,這樣能夠充分利用占太陽(yáng)光譜中主要部分的可見(jiàn)光并且提高光電極在可見(jiàn)光下的光電轉(zhuǎn)換效率。本文設(shè)計(jì)并合成了一維Fe2O3/TiO2和BiOI/TiO2/ZnO復(fù)合光電極,通過(guò)光電流技術(shù)、光伏技術(shù)以及平帶電位的測(cè)試研究了材料的光電轉(zhuǎn)換性能,探討了光生電荷的傳輸機(jī)制,具體研究工作包括:1.用水熱合成法在氟摻雜的二氧化錫(FTO)導(dǎo)電玻璃基底上分別制備了TiO2納米棒陣列、Fe2O3納米薄膜以及一維Fe2O3/TiO2納米復(fù)合光電極,通過(guò)調(diào)節(jié)Fe2O3的量來(lái)選擇該復(fù)合光電極的最佳光電性能。主要通過(guò)X-ray粉末衍射(XRD )、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM )、透射電鏡(TEM )以及紫外可見(jiàn)漫反射光譜對(duì)材料的形貌進(jìn)行分析。在模擬太陽(yáng)光照射下進(jìn)行光電流-時(shí)間、光電流-光伏和水氧化等實(shí)驗(yàn),進(jìn)而研究光電極的光電轉(zhuǎn)換性能。通過(guò)對(duì)比測(cè)試得出,基于Fe203/Ti02太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.2086% ,短路電流達(dá)到1.84 mA/cm2 ,開(kāi)路電壓為0.44 V ,證明Fe2O3/TiO2光電極具有最佳的光電性能。根據(jù)平帶電位的測(cè)試以及能帶結(jié)構(gòu)研究了光生電荷傳輸機(jī)理。2.用水熱合成法分別在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備了 ZnO納米棒陣列和TiO2納米棒陣列,然后用化學(xué)沉積的方法在ZnO納米棒上制備TiO2/ZnO納米棒陣列最后再用化學(xué)沉積的方法對(duì)以上三個(gè)樣品進(jìn)行BiOI敏化制得BiOI/ZnO和BiOI/TiO2和BiOI/TiO2/ZnO光電極。通過(guò)XRD、FESEM和紫外可見(jiàn)漫反射光譜對(duì)以上六個(gè)樣品進(jìn)行形貌分析,在模擬太陽(yáng)光下進(jìn)行光電流、光伏和水氧化的測(cè)試。通過(guò)對(duì)比六個(gè)電極的測(cè)試結(jié)果得出,基于BiOI/TiO2/ZnO太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高,達(dá)到0.3173% ,短路電流達(dá)到2.788 mA/cm2 ,證明BiOI/TiO2/ZnO光電極具有較好的光電轉(zhuǎn)換性能。水氧化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了BiOI/TiO2光電極的起始電壓最低,BiOI/TiO2/ZnO光電極的光電流最高,進(jìn)一步證明BiOI/TiO2/ZnO具有優(yōu)越的光電性能。根據(jù)平帶電位初步探討了光電效應(yīng)理論。
[Abstract]:With the rapid development of economy and science and technology and the rapid consumption of traditional energy, the environment has been destroyed accordingly. Therefore, the development of new green energy has become an important goal at present. Surface solar energy has the advantages of environmental protection, safety, long life and wide range of use. Therefore, solar energy is a clean energy that we need to develop and use urgently, and is expected to become the largest target energy of mankind. Semiconductor optoelectronic materials can be used as carriers of solar energy to realize photoelectric conversion. ZnO and TiO2 have become the most studied semiconductor optoelectronic materials because of their wide source, low cost, high electron mobility and high photoactivity. However, because of their wide band gap, which mainly absorbs ultraviolet light and can not utilize visible light effectively, the photoelectric conversion efficiency based on ZnO and TiO2 solar cells is low, and they will be limited to some extent in practical applications. Therefore, we can use narrow band gap semiconductor materials to modify ZnO and TiO2 to construct nanoscale heterostructures or to use organic dyes to sensitize ZnO and TiO2 to form composite systems. In this way, the visible light, which is the main part of the solar spectrum, can be fully utilized and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectrode under the visible light can be improved. In this paper, one-dimensional Fe2O3/TiO2 and BiOI/TiO2/ZnO composite photoelectrodes are designed and synthesized. The photoelectric conversion properties of the materials are studied by photocurrent technology, photovoltaic technology and flat band potential measurement, and the mechanism of photocharge transmission is discussed. The detailed research work includes: 1. TiO2 nanorod array Fe _ 2O _ 3 nanocrystalline film and one-dimensional Fe2O3/TiO2 nano-composite photoelectrode were prepared on fluorine-doped tin dioxide (FTO) conductive glass substrate by hydrothermal synthesis. The optimum optoelectronic properties of the composite photoelectrode were selected by adjusting the amount of Fe2O3. The morphologies of the materials were analyzed by X-ray powder diffraction, field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM) and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (UV-Vis). The photocurrent-time photocurrent-photovoltaic and water oxidation experiments were carried out under simulated solar irradiation to study the photoelectric conversion performance of the photoelectrode. The results show that the photoelectric conversion efficiency is 0.2086%, the short circuit current is 1.84 mA/cm2 and the open circuit voltage is 0.44 V based on the Fe203/Ti02 solar cell. It is proved that the Fe2O3/TiO2 photoelectrode has the best photoelectric performance. Based on the measurement of flat band potential and the energy band structure, the photoinduced charge transport mechanism was studied. ZnO nanorod arrays and TiO2 nanorods arrays were prepared on FTO conductive glass substrates by hydrothermal synthesis. Then the TiO2/ZnO nanorod arrays were prepared on ZnO nanorods by chemical deposition. Then the three samples were sensitized with BiOI by chemical deposition to obtain BiOI/ZnO BiOI/TiO2 and BiOI/TiO2/ZnO photoelectrodes. The morphologies of the above six samples were analyzed by means of XRDX FESEM and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy. Photocurrent photovoltaic and water oxidation measurements were carried out under simulated sunlight. Compared with the test results of six electrodes, the photovoltaic conversion efficiency of the solar cell based on BiOI/TiO2/ZnO is the highest, up to 0.3173%, and the short-circuit current is 2.788 mA/cm2. It is proved that the BiOI/TiO2/ZnO photoelectrode has better photoelectric conversion performance. The experimental results of water oxidation show that the initial voltage of BiOI/TiO2 photoelectrode is the lowest and the photocurrent of BiOI/TiO2/ZnO photoelectrode is the highest. It is further proved that BiOI/TiO2/ZnO has superior photoelectric performance. The theory of photoelectric effect is preliminarily discussed according to the flat band potential.
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O646.5

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