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ZnO基納米復合光陽極的制備及在DSSCs中的應用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、作為第三代光伏器件,染料敏化太陽能電池(DSSC)具有原材料豐富、制作成本低、工藝簡單等特點,應用前景廣闊。DSSC主要由多孔半導體薄膜光陽極、含I-/I3-電解質和Pt涂覆的對電極組成。其中,光陽極作為DSSC的核心組成部分,對吸附染料、光捕獲、傳輸電子和收集電子都起到了至關重要的作用。ZnO具有電子遷移率高、形貌多樣可控、制備方法簡單等特點,被認為是最有希望取代TiO2的光陽極材料。目前ZnO基DSSC的效率普遍偏低,有必要對其進行

2、系統(tǒng)的研究,為其在光伏器件領域的應用奠定基礎。
  近年來,通過復合納米材料的方式對DSSC光陽極的性能進行優(yōu)化已成為提高DSSC轉換效率的有效途徑之一。本文將具有不同特性的納米功能材料與ZnO納米粒復合制備光陽極,以提高光陽極的電輸運性能、光吸收率、實現(xiàn)DSSC的多種能量轉換,來提升DSSC的性能。主要工作如下:
  本文通過“刮膜法”制備了三種復合光陽極,分別為:ZnO納米粒/石墨烯納米片復合光陽極、ZnO納米粒/Ag納

3、米線@ZnO納米核殼材料復合光陽極以及ZnO納米粒/Bi2Te3納米片復合光陽極,并應用于DSSC。利用XRD、SEM、TEM、Raman、PL和UV-vis等方法表征了這些復合光陽極薄膜的結構、形貌、成分以及光吸收率,采用電流-電壓輸出特性(J-V)、電化學阻抗譜(EIS)測試了DSSC的光電轉換效率和電輸運性能,分別研究了三種光陽極中石墨烯納米片、Ag納米線@ZnO納米棒核殼材料以及Bi2Te3納米片復合含量對DSSC性能的影響。得

4、到的主要結果如下:
 ?、僦苽淞瞬煌┘{米片含量(0.0-2.0 wt.%)的ZnO納米粒/石墨烯納米片復合光陽極,應用于DSSC。J-V測試結果表明,石墨烯的加入能有效地提高DSSC的效率。在石墨烯含量為1.0 wt.%時,獲得最高的能量轉化效率(3.50%),比純ZnO光陽極的效率高31%。EIS結果指出,光陽極中的石墨烯納米片能有效提高電子收集效率和傳輸速率,從而提高電子輸運能力。
  ②采用水熱法制備得到了高長徑

5、比的Ag納米線(直徑:約100 nm,長:若干微米)。在此基礎上通過兩步熱溶劑法合成了Ag納米線@ZnO納米棒的納米核殼結構,其中作為殼的ZnO納米棒長100-200 nm,直徑約20 nm。
 ?、蹖⒉煌|量比(0-2.5 wt.%)的Ag納米線@ZnO納米棒核殼材料與ZnO納米粒復合制備光陽極。UV-vis吸收譜和模擬計算分析結果顯示,Ag納米線的表面等離子體效應(表面等離子體共振,表面等離子體激元極化)能有效的提高復合光陽極

6、中光吸收率和光的傳播距離。
  ④制備了基于Ag納米線@ZnO納米棒核殼材料復合光陽極的DSSCs,并研究核殼材料含量對DSSC性能的影響。J-V特性曲線結果指出,Ag納米線@ZnO納米棒的加入,有效的提高了電池的短路電流和光電轉換效率,其中,含Ag納米線@ZnO納米棒濃度為1.5 wt.%的DSSC獲得最高的光電轉化效率(η=4.26%),較純ZnO基光陽極DSSC的η高出50.5%。EIS測試結果進一步指出,作為核的Ag納米線

7、為電子的快速傳輸提供了直接通道,有效的加快了光陽極中電子的轉移和傳輸速度,減少了電子的復合。
  ⑤利用水熱法成功的合成了邊長為300-400 nm,對邊距離為500-600 nm的正六邊形Bi2Te3納米片。并制備了不同Bi2Te3濃度(0-0.25at.%)的ZnO納米粒/Bi2Te3納米片復合光陽極,應用于DSSC。光陽極的漫反射測試結果顯示,Bi2Te3納米片的加入有效的提高了光陽極薄膜的漫反射率,加強了光陽極對光的捕獲能

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