ZnO的表面吸附和摻雜.pdf

1、近年來，由于能源問題日益凸顯，染料敏化太陽能電池因其低成本、高效率引起了人們的廣泛關(guān)注。染料分子通常以化學(xué)吸附的形式吸附在納米半導(dǎo)體薄膜的表面上，電池工作時它將不斷的被氧化和被還原，而且電池工作也會產(chǎn)生大量的熱量，這就很容易導(dǎo)致染料分子的脫落，進(jìn)而影響了電池的性能。另外，電池工作時染料分子受太陽光激發(fā)而產(chǎn)生的電子先傳輸?shù)郊{米薄膜基底，再由基底傳到外電路，最終形成電流回路，因此電子能否得到迅速地傳輸直接決定了電池的效率。因此，增加染料分子

2、的吸附穩(wěn)定性和提高電池中電子的傳輸速率是制備更穩(wěn)定高效的染料敏化太陽能電池的有效途徑。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理從以下兩個方面對染料敏化納米晶太陽能電池進(jìn)行研究:
　　 (1)研究了染料分子中的-CN，-NH2，-OH，-COOH和-SH等5種固定基團(tuán)在ZnO(10(1)0)表面的吸附及吸附機(jī)制。結(jié)果表明:5種基團(tuán)在ZnO(10(1)0)表面都發(fā)生了化學(xué)吸附，其中-CN、-NH2和-OH發(fā)生了非解離吸附，-COOH和-

3、SH則是表面解離吸附。5種固定基團(tuán)的吸附能分別是:-0.64 eV，-1.28 eV，-1.03eV，-1.21eV(-1.40 eV)和-1.14 eV。以-COOH為固定基團(tuán)的染料分子制備的染料敏化太陽能電池(DSSCs)不僅具有更穩(wěn)定的性能，而且具有最大的電子傳輸速率，這為ZnO染料敏化太陽能電池的設(shè)計和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
　　 (2)為了增大ZnO的電子傳輸速率，提高染料敏化太陽能電池的效率，分別選用Ga，以及N和Ga

4、對ZnO(2×2×1)超晶進(jìn)行n型摻雜和p型摻雜研究，分析了各自的能帶結(jié)構(gòu)，電子總態(tài)密度和分波態(tài)密度。研究結(jié)果表明:1）通過Ga摻雜可以實現(xiàn)ZnO的n型化，提升導(dǎo)電性能，但是當(dāng)摻雜濃度大于0.02時，其導(dǎo)電性隨著摻雜濃度的增加而減小。2）穩(wěn)定的p型ZnO半導(dǎo)體很難通過單N摻雜獲得，對其進(jìn)行N和Ga共摻雜則可以實現(xiàn)p化，而且具備良好的導(dǎo)電性。但相比而言，2N-Ga摻雜比N-Ga摻雜非局域特征明顯，提高了載流子的濃度，可以制備更加優(yōu)良的p型