氧化鋅納米線在太陽電池中的應用研究.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電基底上的經染料敏化后的納米結構氧化物作為光陽極,以鉑金化的透明導電玻璃作為對電極,中間以含有I-/I-3的溶液作為電解質組成的“三明治”結構。ZnO和TiO2是具有相似的能帶結構的寬禁帶N型半導體材料,在染料敏化太陽電池中有廣泛的應用。
　　ZnO比TiO2具有更高的載流子遷移率,有望能夠進一步提高電池的電流特性。ZnO可以制備成

2、多種納米結構,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晶性能和導電性能,能為電子輸運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)電子注入半導體導帶中,從而實現(xiàn)光伏轉換,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)生團聚導致器件失效。D102是一種純有機染料,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體/電解液界面的影響。TiO2具有更穩(wěn)定的表面化學性質,通過制備ZnO/TiO2結構,能夠改善半導體電極/電解液界面,同時仍可利用ZnO載流子遷移率高的優(yōu)點。
　　本文對無機/有機混合型太陽電池也進行了初步研究。有機太陽電池

4、具有制作工藝簡單、成本低廉、可制備大面積器件以及制成柔性器件等優(yōu)點,已經有了廣泛研究,但是,由于有機材料的穩(wěn)定性差以及載流子遷移率較低的影響,純有機太陽電池能量轉換效率很難大幅度提高。無機/有機混合型太陽電池同時利用了有機材料光吸收系數(shù)高和無機材料載流子遷移率高的優(yōu)點,有望提高太陽電池的效率。同時,通過光敏染料敏化無機納米材料,可以增強器件的光譜響應。基于以上的背景分析,本文工作主要分成以下幾個部分:
　　(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吸收譜等分析測試手段對材料進行了表征。
　　(2)采用經D102敏化的ZnO納米線作為光陽極,LiI/I2作為電解質,鉑金化的FTO玻璃作為對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。光伏特性測試結果表明,ZnO納米線的優(yōu)良導電性以及D102的強吸收共同提高了染料敏化太陽電池的短路電流。同時,比較研究了不同ZnO納米線長度對太陽電池效率的影響。
　　(3)對ZnO表面通過TiCl4的異丙醇溶液進行處理,生長了一層TiO2薄膜,形成ZnO/TiO2復合材料。通過組裝的染料敏化太陽電池表面ZnO/TiO2復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