氧化鋅納米棒/納米管陣列的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池以其環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在可再生能源領(lǐng)域引起全球的矚目，迅速被全世界科學(xué)家廣泛研究，并取得了重要進(jìn)展。其中光陽(yáng)極材料的選擇與制備更是研究的重要一環(huán)。一維納米氧化物以其特殊的結(jié)構(gòu)，擁有高的取向，特別適合被用做光陽(yáng)極。同時(shí)由于氧化鋅本身的性質(zhì)，其電子遷移率更是比二氧化鈦高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，這在光陽(yáng)極的性能提升上有重要意義。氧化鋅作為一種廉價(jià)環(huán)保半導(dǎo)體，可以通過(guò)多種方法制成各種形貌的一維結(jié)構(gòu)，其中電沉積方法擁有能耗小，時(shí)間短，無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。因此，通過(guò)電化學(xué)方法制出質(zhì)量高、整齊排列、取向一致的一維氧化鋅納米材料并用于染料敏化太陽(yáng)能電池就成了本文的研究重點(diǎn)。 本文的主要內(nèi)容包括： 1.采用電化學(xué)沉積法在導(dǎo)電玻璃上制備氧化鋅納米棒/管陣列，改變不同的條件如沉積溫度、時(shí)間、電流等，得到不同長(zhǎng)度，不同直徑，取向一直整齊，晶形完整的氧化鋅納米棒/管陣列。通過(guò)掃描電子顯微鏡和X射線衍射等表征方法，找出即快速又節(jié)能的最佳制備條件。 2.用450℃退火處理光陽(yáng)極，其性能可以顯著提高。配制不同的染料（N719、N3等）并通過(guò)不同時(shí)間染料吸附的對(duì)比，找出適合氧化鋅的染料及處理時(shí)間。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光陽(yáng)極在N719染料中浸泡2h效果最好。并應(yīng)用于不同參數(shù)的氧化鋅納米陣列光陽(yáng)極，研究不同長(zhǎng)度的ZnO納米陣列對(duì)電池性能的影響。發(fā)現(xiàn)納米管陣列的效果要高于納米棒，且在一定范圍內(nèi)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)效果越好。 3.制備復(fù)合結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極可以明顯提高效率。一種是通過(guò)鈦酸四丁酯熱處理復(fù)合，另一種是與二氧化鈦納米顆粒直接復(fù)合。配制納米二氧化鈦溶膠和凝膠，并把氧化鋅納米管陣列與之復(fù)合，制備出兩種復(fù)合光陽(yáng)極。一種為在氧化鋅納米管中裝入二氧化鈦納米顆粒，另一種為在氧化鋅表面涂抹一層二氧化鈦。研究發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦的摻入能明顯提高電池的性能。這是由于二氧化鈦的加入防止了電子的復(fù)合，增大了比表面積。 【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 納米陣列 光陽(yáng)極 染料敏化 太陽(yáng)能電池
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 概述9
• 1.2 氧化鋅的晶體結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)9-12
• 1.2.1 氧化鋅的基本性質(zhì)10-11
• 1.2.2 氧化鋅的晶體結(jié)構(gòu)11
• 1.2.3 氧化鋅的光電性能11-12
• 1.2.4 氧化鋅的其他性能12
• 1.3 納米氧化鋅的制備方法12-15
• 1.3.1 氣相沉積/化學(xué)氣相沉積12-13
• 1.3.2 水熱法13-14
• 1.3.3 溶膠-凝膠法14
• 1.3.4 濺射法14
• 1.3.5 電化學(xué)沉積法14-15
• 1.3.6 其他合成法15
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介15-18
• 1.5 納米氧化鋅在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用18-20
• 1.6 本課題研究的內(nèi)容及目的20-23
• 1.6.1 選題背景20
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容20-23
• 第2章 電化學(xué)沉積制備氧化鋅納米棒/納米管陣列23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 藥品與儀器23-24
• 2.2.1 藥品部分23-24
• 2.2.2 儀器部分24
• 2.3 氧化鋅納米棒陣列的制備24-25
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)前處理24
• 2.3.2 電化學(xué)沉積制備氧化鋅納米棒24-25
• 2.4 氧化鋅納米棒的測(cè)試與表征25-29
• 2.4.1 測(cè)試方法25
• 2.4.1.1 場(chǎng)發(fā)射掃面電子顯微鏡(SEM)測(cè)試25
• 2.4.1.2 X 射線衍射儀(XRD)測(cè)試25
• 2.4.2 樣品表征25-29
• 2.4.2.1 硝酸鋅濃度對(duì)氧化鋅納米棒陣列的影響25-27
• 2.4.2.2 電沉積溫度對(duì)氧化鋅納米棒陣列的影響27-28
• 2.4.2.3 電沉積時(shí)間對(duì)氧化鋅納米棒陣列的影響28-29
• 2.5 氧化鋅納米管陣列的制備29-30
• 2.6 氧化鋅納米管的測(cè)試與表征30-35
• 2.6.1 KOH 溶解時(shí)間對(duì)氧化鋅納米管陣列的影響31-33
• 2.6.2 KOH 溶液濃度對(duì)氧化鋅納米管陣列的影響33-34
• 2.6.3 不同溶解溫度對(duì)氧化鋅納米管陣列的影響34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-37
• 第3章 氧化鋅納米棒，納米管光陽(yáng)極37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 藥品與儀器37-38
• 3.2.1 藥品部分37-38
• 3.2.2 儀器部分38
• 3.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與測(cè)試38-39
• 3.3.1 氧化鋅光陽(yáng)極的制備38
• 3.3.2 染料的制備38
• 3.3.3 液體電解質(zhì)的配制38-39
• 3.3.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝39
• 3.3.5 光電轉(zhuǎn)換性能測(cè)試39
• 3.4 熱處理對(duì)光陽(yáng)極性能的影響39-42
• 3.5 染料和敏化時(shí)間對(duì)光陽(yáng)極性能的影響42-45
• 3.5.1 N719 染料及其敏化時(shí)間對(duì)電池性能的影響42-43
• 3.5.2 N3 染料及其敏化時(shí)間對(duì)電池性能的影響43-44
• 3.5.3 N3 和 N719 染料敏化時(shí)間對(duì)光陽(yáng)極的影響的原理探討44-45
• 3.6 氧化鋅納米棒長(zhǎng)度對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響45-46
• 3.7 氧化鋅納米管長(zhǎng)度對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響46-47
• 3.8 本章小結(jié)47-49
• 第4章 ZnO-TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 藥品與儀器49-50
• 4.2.1 藥品部分49-50
• 4.2.2 儀器部分50
• 4.3 用鈦酸四丁酯制備復(fù)合光陽(yáng)極50-54
• 4.3.1 鈦酸四正丁酯的處理方法50-51
• 4.3.2 處理后的光陽(yáng)極的測(cè)試與表征51-54
• 4.3.2.1 XRD 分析51-52
• 4.3.2.2 SEM 分析52
• 4.3.2.3 鈦酸四丁酯處理過(guò)的光陽(yáng)極的 IV 曲線52-54
• 4.4 二氧化鈦納米顆粒復(fù)合氧化鋅光陽(yáng)極54-59
• 4.4.1 二氧化鈦納米顆粒-氧化鋅光陽(yáng)極的制備54-55
• 4.4.2 二氧化鈦納米顆粒-氧化鋅光陽(yáng)極的測(cè)試與表征55-59
• 4.4.2.1 SEM 測(cè)試55-56
• 4.4.2.2 EDX 分析56-57
• 4.4.2.3 XRD 分析57-58
• 4.4.2.4 IV 曲線58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第5章 總結(jié)61-63
• 參考文獻(xiàn)63-73
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果73-75
• 致謝75

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