ZnO納米陣列敏化太陽(yáng)能電池的制備與性能研究

【摘要】：為了解決能源危機(jī)和污染嚴(yán)重問(wèn)題,把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能,制備光伏器件具有重要的科學(xué)意義。作為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊簯B(tài)電池之一,量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池基于窄帶隙和寬帶隙半導(dǎo)體之間的能帶耦合實(shí)現(xiàn)載流子的分離,通過(guò)構(gòu)筑核殼型納米電纜陣列結(jié)構(gòu),即采用透明氧化物如ZnO納米棒陣列作為一維結(jié)構(gòu)核電極來(lái)加速電子的一維傳輸,利用光吸收性能優(yōu)異的窄帶隙半導(dǎo)體材料作為納米殼層來(lái)增加采光面積,減小電子傳輸距離和界面電荷損失。因此,如何拓寬敏化劑材料吸收光譜范圍,促進(jìn)載流子的分離和傳輸對(duì)提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率非常關(guān)鍵。 本文首先對(duì)核殼型ZnO/CdSeTe合金納米電纜的制備和光電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。采用水熱法在導(dǎo)電玻璃上制備了ZnO納米棒陣列,然后采用電化學(xué)沉積法在納米陣列電極上合成了組分可調(diào)的的CdSeTe合金殼層。通過(guò)改變沉積溶液中Se/Te源的比例和沉積時(shí)間,對(duì)CdSeTe合金的組分x及厚度實(shí)現(xiàn)了靈活調(diào)控,結(jié)合高溫退火,有效提高了電化學(xué)電池的光電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn),合金納米電纜的光吸收邊隨x值增加呈現(xiàn)先紅移后藍(lán)移的現(xiàn)象。其中ZnO/CdSeo.3Teo.7納米電纜的光吸收邊為～880nm,而構(gòu)筑電化學(xué)電池后該電池的光電流也達(dá)到了-17.2mA/cm2,遠(yuǎn)高于ZnO/CdTe, ZnO/CdSe及其它組分合金納米電纜的結(jié)果。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)ZnO/CdSeo.3Teo.7的厚度進(jìn)行優(yōu)化后,飽和光電流密度則可以增加到-20.0mA/cm2。 其次,本文對(duì)ZnO三維納米結(jié)構(gòu)電極的制備和光電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。采用水熱法在AZO導(dǎo)電玻璃上生長(zhǎng)了一層ZnO三維納米結(jié)構(gòu),然后研究了PEI對(duì)ZnO的生長(zhǎng)作用。對(duì)AZO導(dǎo)電玻璃的退火溫度進(jìn)行了分析,接下來(lái)通過(guò)改變水熱次數(shù)的方法達(dá)到了對(duì)ZnO結(jié)構(gòu)厚度的調(diào)節(jié)目的。通過(guò)SEM分析總結(jié)出了水熱次數(shù)和ZnO厚度的變化規(guī)律。經(jīng)過(guò)退火溫度與厚度的雙重優(yōu)化,最后在N719敏化下,開(kāi)路電壓到達(dá)～0.49V,短路電流～9.51mA/cm2,填充因子41.4和2%的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：ZnO納米棒 合金核殼結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 染料 太陽(yáng)能電池
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(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5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 太陽(yáng)能的利用方式11
• 1.2 太陽(yáng)能電池的分類11-14
• 1.2.1 硅太陽(yáng)能電池12
• 1.2.2 薄膜太陽(yáng)能電池12-13
• 1.2.3 聚合物物太陽(yáng)能電池13
• 1.2.4 敏化太陽(yáng)能電池13-14
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的原理及發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.4 半導(dǎo)體量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的原理及發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 第2章 納米材料的制備與表征方法17-27
• 2.1 前言17
• 2.2 納米材料的制備方法17-22
• 2.2.1 濺射法17-18
• 2.2.2 脈沖激光法18-19
• 2.2.3 水熱法19-20
• 2.2.4 電化學(xué)沉積法20-22
• 2.2.5 連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法22
• 2.3 納米材料結(jié)構(gòu)與器件性能的表征方法22-27
• 2.3.1 X射線測(cè)試(XRD)22-23
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)23
• 2.3.3 紫外-可見(jiàn)(UV-vis)分光光譜23-24
• 2.3.4 線性掃描伏安法(LSV)24
• 2.3.5 方塊電阻測(cè)試24
• 2.3.6 太陽(yáng)光模擬器24-27
• 第3章 ZnO/CdSeTe核殼納米電纜陣列光陽(yáng)極的制備與光電性能研究27-36
• 3.1 前言27-28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案28-29
• 3.2.1 ZnO納米陣列的制備28
• 3.2.2 CdSeTe合金量子點(diǎn)殼層的制備28-29
• 3.2.3 電化學(xué)電池的構(gòu)筑和表征29
• 3.3 結(jié)果與討論29-35
• 3.3.1 反應(yīng)機(jī)理的討論29
• 3.3.2 ZnO/CdSeTe合金納米電纜陣列的形貌29-30
• 3.3.3 ZnO/CdSeTe合金納米電纜陣列的結(jié)晶性能和組分分析30-32
• 3.3.4 合金組分對(duì)陣列光學(xué)性能的影響32-33
• 3.3.5 合金組分和厚度對(duì)陣列光電化學(xué)性能的影響33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 ZnO三維納米結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極的制備與光電性能的研究36-45
• 4.1 引言36
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方案36-39
• 4.2.1 AZO退火溫度和導(dǎo)電性的研究37
• 4.2.2 ZnO三維納米結(jié)構(gòu)的制備37-38
• 4.2.3 N719染料的附著38
• 4.2.4 Pt對(duì)電極的制備38
• 4.2.5 光陽(yáng)極樣品電池的組裝38-39
• 4.3 結(jié)果與討論39-45
• 4.3.1 PEI在ZnO結(jié)構(gòu)中的作用機(jī)理39-40
• 4.3.2 退火溫度對(duì)AZO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電性能的影響40
• 4.3.3 水熱次數(shù)對(duì)ZnO三維納米結(jié)構(gòu)的厚度的影響40-42
• 4.3.4 ZnO三維納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性能42
• 4.3.5 N719敏化ZnO三維納米結(jié)構(gòu)電極的光吸收性能42-43
• 4.3.6 N719/ZnO三維納米結(jié)構(gòu)的效率測(cè)定43-45
• 第5章 總結(jié)45-46
• 參考文獻(xiàn)46-49
• 致謝49

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