氧化鋅納米線在太陽電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、染料敏化太陽電池與傳統(tǒng)的硅太陽電池相比成本更加低廉、效率有望更高。典型的染料敏化太陽電池是由在透明導(dǎo)電基底上的經(jīng)染料敏化后的納米結(jié)構(gòu)氧化物作為光陽極,以鉑金化的透明導(dǎo)電玻璃作為對(duì)電極,中間以含有I-/I-3的溶液作為電解質(zhì)組成的“三明治”結(jié)構(gòu)。ZnO和TiO2是具有相似的能帶結(jié)構(gòu)的寬禁帶N型半導(dǎo)體材料,在染料敏化太陽電池中有廣泛的應(yīng)用。
　　ZnO比TiO2具有更高的載流子遷移率,有望能夠進(jìn)一步提高電池的電流特性。ZnO可以制備成

2、多種納米結(jié)構(gòu),如納米線、納米管、納米粒子薄膜等。其中,ZnO納米線具有更好的結(jié)晶性能和導(dǎo)電性能,能為電子輸運(yùn)提供直接而快速的通道,可提高太陽電池的電流特性。
　　光敏染料吸收光能并且將激發(fā)態(tài)電子注入半導(dǎo)體導(dǎo)帶中,從而實(shí)現(xiàn)光伏轉(zhuǎn)換,是染料敏化太陽電池中的重要組成部分。金屬釕配合物系列染料目前已經(jīng)獲得了較高效率,但是金屬釘?shù)南∪币约叭玖咸峒兊睦щy限制了這類染料的實(shí)用化發(fā)展。并且,釕系列染料分子含有較多羧基致使染料溶液呈酸性,容易在Zn

3、O表麗發(fā)生團(tuán)聚導(dǎo)致器件失效。D102是一種純有機(jī)染料,成本低廉,具有較高的光吸收系數(shù),分子骨架上只含有一個(gè)羧基,能夠大幅度提高基于ZnO納米線的染料敏化太陽電池效率。
　　染料敏化太陽電池的填充因子受半導(dǎo)體/電解液界面的影響。TiO2具有更穩(wěn)定的表面化學(xué)性質(zhì),通過制備ZnO/TiO2結(jié)構(gòu),能夠改善半導(dǎo)體電極/電解液界面,同時(shí)仍可利用ZnO載流子遷移率高的優(yōu)點(diǎn)。
　　本文對(duì)無機(jī)/有機(jī)混合型太陽電池也進(jìn)行了初步研究。有機(jī)太陽電池

4、具有制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可制備大面積器件以及制成柔性器件等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)有了廣泛研究,但是,由于有機(jī)材料的穩(wěn)定性差以及載流子遷移率較低的影響,純有機(jī)太陽電池能量轉(zhuǎn)換效率很難大幅度提高。無機(jī)/有機(jī)混合型太陽電池同時(shí)利用了有機(jī)材料光吸收系數(shù)高和無機(jī)材料載流子遷移率高的優(yōu)點(diǎn),有望提高太陽電池的效率。同時(shí),通過光敏染料敏化無機(jī)納米材料,可以增強(qiáng)器件的光譜響應(yīng)?；谝陨系谋尘胺治?本文工作主要分成以下幾個(gè)部分:
　　(1)通過水熱法,在長有

5、ZnO納米粒子作為種子層的FTO襯底上生長了垂直于襯底具有高度擇優(yōu)取向的ZnO納米線,并通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射譜(XRD)、熒光光譜(PL)、傅里葉變化紅外光譜(FTIR)、Raman光譜和Uv-vis吸收譜等分析測(cè)試手段對(duì)材料進(jìn)行了表征。
　　(2)采用經(jīng)D102敏化的ZnO納米線作為光陽極,LiI/I2作為電解質(zhì),鉑金化的FTO玻璃作為對(duì)電極組裝了染料敏化太陽電池。通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)研究了D1

6、02與ZnO表面鍵合的方式。光伏特性測(cè)試結(jié)果表明,ZnO納米線的優(yōu)良導(dǎo)電性以及D102的強(qiáng)吸收共同提高了染料敏化太陽電池的短路電流。同時(shí),比較研究了不同ZnO納米線長度對(duì)太陽電池效率的影響。
　　(3)對(duì)ZnO表面通過TiCl4的異丙醇溶液進(jìn)行處理,生長了一層TiO2薄膜,形成ZnO/TiO2復(fù)合材料。通過組裝的染料敏化太陽電池表面ZnO/TiO2復(fù)合材料能夠提高染料敏化太陽電池的填充因子。
　　(4)制各了ZnO:D102