小尺寸四針狀納米ZnO的制備及其在太陽能電池的應(yīng)用

【摘要】：為應(yīng)對(duì)全球化石燃料加速枯竭和全球日益高漲的能源需求,可再生能源將逐步取代常規(guī)化石燃料能源。太陽能資源開發(fā)中光伏發(fā)電存在巨大的潛能。 ZnO是直接躍遷、寬禁帶材料(Eg=3.37eV),具有高的激子束縛能(60meV),有壓電、導(dǎo)電、在可見光范圍內(nèi)透明、在紅外波段高反射率等特性。因而,ZnO應(yīng)用廣泛,可用作LCD或LED的透明電極、光伏器件、化學(xué)傳感器、鐵電存儲(chǔ)器、熱反射器、表面聲波器件和低損耗波導(dǎo)等。 目前太陽能電池從技術(shù)上主要分為：硅太陽能電池、碲化鎘(CdTe)太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池、Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、染料敏化太陽能電池(DSSC)等。 本論文在以往方法的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地發(fā)明了一種制備直徑在20nm以下的小尺寸四針狀納米ZnO的方法,而且大大提高了小尺寸四針狀納米氧化鋅的產(chǎn)率。本論文采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、PL表征、紫外可見光譜表征對(duì)制得的小尺寸四針狀納米ZnO樣品的進(jìn)行了表征。通過研究不同工藝參數(shù)對(duì)制備小尺寸四針狀納米ZnO的影響,初步探討了小尺寸四針狀納米ZnO的形成機(jī)理,以此得到了制備小尺寸四針狀納米ZnO優(yōu)選條件。 本論文接著將制備的小尺寸四針狀納米ZnO分別與CdTe.CdSe.CdS.PbS等量子點(diǎn)制備成ZnO-量子點(diǎn)太陽能電池。又將通過干式化學(xué)氣相沉積法制備的小尺寸四針狀納米ZnO經(jīng)過N719染料敏化后組裝成了ZnO染料敏化太陽能電池。然后將通過干式化學(xué)氣相沉積法制備的小尺寸四針狀納米ZnO與對(duì)本乙烯撐的衍生物聚[2-甲氧基,5-(2-乙基-己氧基)-對(duì)苯乙炔](英文縮寫MEH-PPV)組裝成了雙層結(jié)構(gòu)面異質(zhì)結(jié)無機(jī)/有機(jī)聚合物太陽能電池。最后采用由500W氙燈作為太陽光模擬器,并由CHI660D型電化學(xué)工作站作為電信號(hào)輸出裝置組成的太陽能電池測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試了不同尺寸四針狀納米ZnO制備成的ZnO-CdTe、ZnO-CdSe、ZnO-CdS、ZnO-PbS等ZnO-量子點(diǎn)太陽能電池、染料敏化ZnO太陽能電池、ITO/Au/小尺寸四針狀納米ZnO/MEH-PPV/PEDOT:PSS/ITO太陽能電池。 研究結(jié)果表明： (1)鋅蒸發(fā)溫度是影響四針狀納米ZnO形貌和尺寸的關(guān)鍵因素。鋅的蒸發(fā)溫度越高,生成的四針狀納米ZnO的尺寸越大； (2)想要得到高產(chǎn)率的結(jié)晶良好的小尺寸四針狀納米ZnO,關(guān)鍵還要控制整個(gè)反應(yīng)體系中不能含有諸如水分子之類會(huì)對(duì)主要反應(yīng)2Zn(g)+O2=2ZnO(g)或?qū)λ尼槧罴{米ZnO晶體形貌產(chǎn)生影響的物質(zhì)； (3)干式化學(xué)氣相沉積法(DCVD)制得ZnO的XRD譜與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS card No.36-1451衍射峰位置及衍射峰強(qiáng)度基本吻合,表明生成的產(chǎn)物純度很高,為晶格常數(shù)為a=0.3242Inm, c=0.51941nm的六方纖鋅礦； (4)SEM表征結(jié)果表明,蒸發(fā)溫度為450℃時(shí)采用干式化學(xué)氣相沉積法制得的小尺寸四針狀納米ZnO針長約為200nm,針徑約為15nm,這是目前為止采用氣相沉積法制備納米ZnO方法得到的最小尺寸 (5)PL表征結(jié)果表明,由于采用干式化學(xué)氣相沉積法制得的四針狀納米ZnO尺寸較小,制得小尺寸四針狀納米ZnO將在可見光466nm處有效吸收光能并發(fā)生激子躍遷,綠光激發(fā)位置發(fā)生藍(lán)移,激發(fā)強(qiáng)度更強(qiáng),這將有利于采用干式化學(xué)氣相沉積法制得小尺寸四針狀納米ZnO組裝的光伏器件形成有效的電子—空穴電對(duì)。 (6)紫外可見光譜表征表明由于干式化學(xué)氣相沉積法制得小尺寸四針狀納米ZnO尺寸更小,晶體結(jié)構(gòu)更加規(guī)整,導(dǎo)致紫外可見吸收光譜波段范圍更寬,吸收強(qiáng)度更大。 (7)當(dāng)其他條件相似時(shí),四針狀納米ZnO的尺寸越小,制備得到的各種ZnO太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率Eff就高,這與四針狀納米ZnO的尺寸越小,小尺寸效應(yīng)越顯著的理論想吻合； (8)當(dāng)其他條件相似時(shí),與四針狀納米ZnO組裝成ZnO-量子點(diǎn)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率Eff高低順序?yàn)椋篊dTeCdSePbSCdS. 【關(guān)鍵詞】：DCVD 四針狀納米ZnO 量子點(diǎn) 染料敏化 異質(zhì)結(jié)太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 引言13
• 1.2 ZnO的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)13-14
• 1.3 納米ZnO的制備14-17
• 1.4 太陽能電池概述17-21
• 1.4.1 太陽能電池工作原理17-18
• 1.4.2 基本概念及性能評(píng)價(jià)參數(shù)18-21
• 1.5 太陽能電池技術(shù)研究進(jìn)展21-25
• 1.6 選題原因25-28
• 1.6.1 課題來源25
• 1.6.2 課題研究的目的和依據(jù)25-26
• 1.6.3 研究的主要內(nèi)容26-28
• 第二章 納米氧化鋅的制備和表征28-39
• 2.1 引言28
• 2.2 干式化學(xué)氣相沉積法制備小尺寸四針狀納米ZnO28-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)方法28-29
• 2.2.2 樣品形貌表征與分析29
• 2.3 濕式化學(xué)氣相沉積法制備納米ZnO29-30
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)方法29-30
• 2.3.2 樣品形貌表征與分析30
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論30-33
• 2.4.1 是否有水對(duì)產(chǎn)物的影響30-31
• 2.4.2 不同蒸發(fā)溫度的影響31-33
• 2.5 納米ZnO的其他表征方法33-36
• 2.5.1 納米ZnOXRD表征33-34
• 2.5.2 納米ZnO的PL譜34-35
• 2.5.3 納米ZnO的紫外-可見光吸收35-36
• 2.6 小尺寸四針狀納米ZnO形成機(jī)理探討36-37
• 2.7 本章小結(jié)37-39
• 第三章 小尺寸四針狀納米ZnO太陽能電池的制備39-51
• 3.1 ZnO-量子點(diǎn)太陽能電池的制備39-45
• 3.1.1 量子點(diǎn)太陽能電池簡介39
• 3.1.2 ZnO光陽極的制備39-40
• 3.1.3 ZnO-CdTe電池制備40-42
• 3.1.4 ZnO-CdSe電池制備42-43
• 3.1.5 Zn0-CdS電池制備43-44
• 3.1.6 ZnO-PbS電池制備44-45
• 3.2 ZnO染料敏化太陽能電池的制備45-47
• 3.2.1 ZnO染料敏化太陽能電池簡介45-46
• 3.2.2 光陽極的制備46
• 3.2.3 光敏化劑的配制46-47
• 3.2.4 電解質(zhì)溶液的配制47
• 3.2.5 Pt/ITO對(duì)電極的制備47
• 3.2.6 染料敏化太陽能電池的組裝47
• 3.3 ZnO/MEH-PPV太陽能電池的制備47-50
• 3.3.1 無機(jī)/有機(jī)聚合物異質(zhì)結(jié)太陽能電池簡介47-48
• 3.3.2 ZnO/MEH-PPV太陽能電池結(jié)構(gòu)48-49
• 3.3.3 ITO導(dǎo)電玻璃噴Au49
• 3.3.4 PEDOT：PSS的旋涂和退火49
• 3.3.5 小尺寸四針狀納米ZnO與聚合物混合物的旋涂49
• 3.3.6 電池的夾裝49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 小尺寸四針狀納米ZnO太陽能電池的測(cè)試及結(jié)果分析51-60
• 4.1 ZnO-量子點(diǎn)太陽能電池測(cè)試及結(jié)果51-56
• 4.1.1 ZnO-CdTe電池測(cè)試及結(jié)果51-52
• 4.1.2 ZnO-CdSe電池測(cè)試及結(jié)果52-53
• 4.1.3 ZnO-CdS電池測(cè)試及結(jié)果53-54
• 4.1.4 ZnO-PbS電池測(cè)試及結(jié)果54-55
• 4.1.5 ZnO-量子點(diǎn)太陽能電池測(cè)試結(jié)果分析55-56
• 4.2 ZnO染料敏化太陽能電池測(cè)試及結(jié)果分析56-57
• 4.3 ZnO/MEH-PPV太陽能電池測(cè)試及結(jié)果分析57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 總結(jié)與展望60-62
• 5.1 總結(jié)60-61
• 5.2 目前存在的問題61
• 5.3 展望61-62
• 附錄一 實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑目錄62-63
• 附錄二 實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)儀器目錄63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、專利目錄70

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