一維ZnO基染料敏化和鈣鈦礦太陽能電池光陽極制備.pdf

1、自1991年染料敏化太陽能電池(DSSC)問世，便成為太陽電池領(lǐng)域研究的熱點，為提高電池的效率，科研人員作了大量研究。不論是對于傳統(tǒng)的液態(tài)DSSC還是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鈣鈦礦太陽能電池(PSC)來說，光陽極都是影響其性能的主要因素。作為電池的基本骨架，光陽極起著吸附光敏材料、收集并傳輸電子的關(guān)鍵作用，因此其材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣會直接影響器件的效率。目前應(yīng)用最廣的光陽極材料為TiO2，此外ZnO因共具有類似于TiO2的禁帶寬度，遠高于TiO2

2、的電子遷移率，以及各向異性的特點，也受到了廣泛的關(guān)注和研究。
　　本文用簡單易實現(xiàn)的方法制備出幾種不同形貌的ZnO光陽極薄膜，并分別探討了生長條件對樣品的結(jié)構(gòu)和形貌的影響，最后將其分別應(yīng)用在液態(tài)DSSC和固態(tài)PSC中，探討影響電池性能的因素。主要包括以下幾方面的工作:
　　1.采用水熱法在基底上生長了一維ZnO納米棒陣列，這種一維結(jié)構(gòu)有利于電子的傳輸同時減少復(fù)合。探究了水熱時間對納米棒生長的影響，發(fā)現(xiàn)水熱時間會影響薄膜的厚度

3、。用X射線衍射、掃描以及透射電子顯微鏡對薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌進行了研究。并把不同厚度的ZnO納米棒陣列分別組裝成液態(tài)雙基板DSSC和固態(tài)單基板PSC，研究了光陽極厚度對這兩種電池性能的影響。研究結(jié)果表明，染料敏化電池膜厚為3.04μm時效率最佳，為1.78％，鈣鈦礦電池膜厚為1.83μm時效率最佳，為2.36％。與DSSC相比，后者需要薄膜生長的比較薄，從而有利于鈣鈦礦材料的充分填充，而前者則需薄膜生長的比較厚，以增加薄膜的比表面積，吸附更

4、多的染料。
　　2.采用低溫(70℃)水浴的方法制備了多孔的F-ZnO棱柱陣列薄膜。該陣列的多孔結(jié)構(gòu)具有大的比表面積，有利于光敏材料的吸附與填充。探究了水浴時間對薄膜生長的影響，發(fā)現(xiàn)棱柱的直徑和厚度都會受水浴時間的影響。在前3h內(nèi)，薄膜主要沿縱向生長，3h后薄膜則主要沿橫向生長。隨后把退火前后的樣品做了對比分析，發(fā)現(xiàn)退火的過程是形成疏松多孔結(jié)構(gòu)的主要原因。最后把不同反應(yīng)時間的F-ZnO多孔棱柱陣列分別組裝成液態(tài)雙基板DSSC和固態(tài)

5、單基板PSC，對其光電轉(zhuǎn)換效率進行了研究。研究結(jié)果表明，DSSC器件水浴時間為3h時，效率達到2.99％，此時效率最佳。PSC水浴時間為0.5h時，效率達到3.22％，此時電池性能最佳。
　　3.通過簡單的水熱反應(yīng)以及化學(xué)浴過程，制備了一維ZnO陣列和TiO2納米顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過解吸附試驗和EIS測試等一系列的測試分析，發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合結(jié)構(gòu)綜合了納米顆粒膜具有大的比表面積和一維納米結(jié)構(gòu)具有較好的電子傳輸性質(zhì)的優(yōu)點。最終以復(fù)合結(jié)構(gòu)為