納米光伏材料的制備及光電性能研究.pdf

1、本文采用水熱/溶劑熱法,成功合成了具有不同形貌的低維納米結(jié)構(gòu)光伏材料,通過TEM、SEM等測(cè)試手段對(duì)產(chǎn)物的形貌和尺寸進(jìn)行了表征;用XRD、EDS等對(duì)產(chǎn)物的的結(jié)構(gòu)和成分構(gòu)成進(jìn)行了測(cè)試分析;同時(shí),根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和測(cè)試表征結(jié)果的分析對(duì)產(chǎn)物的形成機(jī)理及過程進(jìn)行了推測(cè)和討論;簡要分析了制備過程中的影響因素。并用染料或g-C3N4對(duì)不同形貌的納米ZnSe敏化得到復(fù)合光陽極,對(duì)光陽極的光電性能進(jìn)行較系統(tǒng)研究。全文的主要結(jié)論如下:
　　(1)采用

2、乙二胺為溶劑,通過溶劑熱法在Zn薄片上成功合成了具有很好方向性的ZnSe納米帶前驅(qū)物陣列,納米帶長約1μm,寬約100-400nm,厚度約為10nm。經(jīng)300℃加熱3h后得到結(jié)構(gòu)為六方纖維礦的ZnSe純相,且仍保持ZnSe納米帶結(jié)構(gòu)的陣列。高分辨透射電鏡圖表明:退火前納米帶是由許多尺寸為3-4nm的納米晶體相對(duì)有序排列組成的多晶體,經(jīng)退火后,失去乙二胺小分子,晶粒之間緊密連接組成一個(gè)大的單晶體。為對(duì)乙二胺的所起作用的分析和比較,還做了以

3、乙二胺和甲醇為混合溶劑,以及H2O為溶劑分別成功制得了ZnSe納米線陣列和納米顆粒。
　　(2)通過電化學(xué)沉積法在不同形貌ZnSe樣品上沉積C3N4薄膜,制備C3N4/ZnSe復(fù)合材料。以該復(fù)合物為光陽極對(duì)其進(jìn)行光電性能的測(cè)試。用粉末衍射(XRD)、傅立葉紅外(IR)對(duì)聚合物C3N4/ZnSe的晶型結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)進(jìn)行分析。光電性能測(cè)試結(jié)果表明,g-C3N4敏化的ZnSe/Zn納米帶陣列光陽極具有最高光電轉(zhuǎn)換效率為0.037％,其開路

4、電壓0.437V,短路電流密度為0.086mA/cm2。染料敏化不同形貌的ZnSe/Zn光陽極的光電性能結(jié)果也證明了其敏化的ZnSe/Zn納米帶陣列光陽極具有較好的光電性能。
　　(3)采用低溫水熱法和溶劑熱法,通過制備條件的控制,成功制備CuInS2光伏材料,溶劑熱法在未使用任何金屬催化劑或添加劑,以加熱溫度為160℃,恒溫24h,Cu∶In∶S=1∶1∶3,分別用乙二醇和蒸餾水為溶劑,不同的硫源:升華硫粉和硫脲,InCl3溶液

5、的pH為2.31和1制備CulnS2光伏材料,XRD的結(jié)果表明,以乙二醇為溶劑,硫脲為硫源得到的CulnS2都具有黃銅礦結(jié)構(gòu),其生長方向都沿(112)晶面擇優(yōu)生長;制備的CuInS2生長具有一致性。SEM圖顯示以乙二醇為溶劑,硫脲為硫源制備的CuInS2為球狀結(jié)構(gòu),兩種方法制備的CuInS2都得到兩種外形不同的球體結(jié)構(gòu),一種是表面很光滑的微球體,另一種是表面由小而輕的薄片相互連接的網(wǎng)狀微球體。通過對(duì)后者的光電性能測(cè)試,其能量轉(zhuǎn)換效率是0