ZnO-Cu2O敏化太陽能電池的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、納米晶敏化太陽能電池(DSSC)是高效率、低成本太陽能電池的一個重要發(fā)展方向。氧化鋅(ZnO)納米柱陣列作為光陽極可以有效地降低電子傳輸?shù)木Ы鐒輭竞蛡鬏敁p耗，提高電荷傳輸能力，是最有潛力的光陽極材料之一。ZnO禁帶寬度較大，只能吸收紫外波段的光。為了拓寬光譜吸收范圍，通常需要與窄帶隙半導(dǎo)體進行復(fù)合。氧化亞銅(Cu2O)與硫化鎘(CdS)具有禁帶寬度窄、價格低廉、儲量豐富、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是優(yōu)良的半導(dǎo)體敏化劑材料。它們在敏化電池中具有很大

2、的應(yīng)用前景。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1.首先在FTO(F:SnO2)襯底上旋涂ZnO薄膜作為晶種，再用水熱法生長ZnO納米柱陣列。研究了晶種層退火溫度(260℃，360℃，460℃)、晶種層的旋涂次數(shù)以及溶液濃度對納米柱陣列的影響。結(jié)果表明：隨著晶種層退火溫度升高，陣列密度降低，這主要是由于晶種互相作用使得部分晶粒聚結(jié)長大，造成成核點減少；隨著晶種層旋涂次數(shù)的增加，晶種層越厚，使成核點增多，陣列密度增加；隨著溶液濃度的降

3、低，陣列直徑變小，均勻性變差。
　　2.以上述方法制備的ZnO納米柱陣列為襯底，采用化學(xué)水浴法沉積Cu2O納米晶，得到 ZnO/Cu2O復(fù)合膜，研究了復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)與光電性能。然后以ZnO/Cu2O復(fù)合膜為光陽極、鉑(Pt)為對電極組裝成敏化太陽能電池，并研究了晶種層旋涂次數(shù)與晶種層退火溫度對其光電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：所制備的Cu2O為多晶四方結(jié)構(gòu)；復(fù)合膜光譜響應(yīng)范圍擴展到可見光區(qū)且具有整流效應(yīng)；晶種層越厚，晶種層退火溫度

4、越高，電池光電轉(zhuǎn)化效率越高。因為隨著旋涂次數(shù)的增加，陣列密度也增大，因此能吸附更多的Cu2O納米晶，提高光的捕獲效率；提高退火溫度可以改善 ZnO的結(jié)晶度，降低載流子復(fù)合損失。最后，在旋涂三次并460℃逐層退火的ZnO晶種上生長ZnO/Cu2O復(fù)合光陽極并組裝成敏化電池，它的開路電壓達到0.27 V，短路電流達到1.25 mA/cm2。
　　3.在ZnO與 Cu2O之間插入采用超聲化學(xué)水浴法沉積的CdS量子點，得到ZnO/CdS/