ZnO基微納米結(jié)構(gòu)的可控合成及其在敏化光伏電池中的應(yīng)用.pdf

1、ZnO作為一種典型的寬禁帶半導(dǎo)體氧化物，其制備方法簡單，形貌結(jié)構(gòu)可控;同時(shí)具有電子遷移率高、比表面積大，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在光伏電池、壓敏和氣敏原件、發(fā)光二極管以及激光器等領(lǐng)域有著較廣泛的應(yīng)用前景。本文致力于ZnO基微納米復(fù)合材料的可控合成及其作為敏化光伏電池光陽極薄膜的性能研究。利用低溫溶液法，分別合成了ZnO/g-C3N4復(fù)合納米顆粒、具有定向鏈接結(jié)構(gòu)的ZnO納米棒、準(zhǔn)單晶ZnO分級(jí)微球，詳細(xì)研究了材料的生長機(jī)理，并基于所制備

2、ZnO材料的結(jié)構(gòu)特性，將其應(yīng)用于敏化光伏電池光陽極材料。主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)利用超聲輔助的表面自發(fā)單層分散法，制備了石墨烯相C3N4（g-C3N4）與ZnO納米顆粒的復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，g-C3N4的包覆拓寬了光陽極的可見光吸收區(qū)域;g-C3N4在ZnO光陽極和染料分子之間構(gòu)成能帶梯度，有效提高了光電子的注入效率;同時(shí)，g-C3N4減弱酸性染料分子對(duì)ZnO表面的腐蝕。將此材料作為染料敏化光伏電池的光陽極，顯著提高了電池

3、的光電壓和光生電流密度，從而得到了4.5％光電轉(zhuǎn)化效率，與基于純ZnO器件(2.5％)相比效率提升～40％。
　　(2)溶劑熱法制備了定向鏈接ZnO納米棒（OA-RODs）并研究反應(yīng)物濃度對(duì)OA-RODs的尺寸、長徑比、結(jié)晶程度的影響規(guī)律，討論材料生長和調(diào)控的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，作為CdS/CdSe共敏化量子點(diǎn)光伏電池光陽極，OA-RODs不但具有高量子點(diǎn)負(fù)載量、光散射能力，同時(shí)可促進(jìn)光生電子的產(chǎn)生、傳輸、減弱載流子復(fù)合幾率，有效提高

4、電池的光電流密度（13 mA·cm-2），獲得了4.7％的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　(3)利用金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)MOF-5作為前驅(qū)體，經(jīng)過溶劑熱轉(zhuǎn)化得到了準(zhǔn)單晶ZnO分級(jí)微球。研究發(fā)現(xiàn)， ZnO納米球(500nm)是由ZnO初級(jí)結(jié)構(gòu)單元定向鏈接構(gòu)成。將該結(jié)構(gòu)用于CdS/CdSe共敏化量子點(diǎn)光伏電池光陽極，其獨(dú)特的準(zhǔn)單晶結(jié)構(gòu)減少了膜結(jié)構(gòu)中晶界數(shù)量，有效提高了光生電子傳輸效率。同時(shí)，作為散射層增強(qiáng)了對(duì)入射光的反射，提高光吸收效率，使光生電流密