ZnO納米線(xiàn)的制備及在敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，有利于實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，但如何高效地轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存太陽(yáng)能成為當(dāng)下和未來(lái)需要解決的重要課題。敏化太陽(yáng)能電池因其制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，對(duì)環(huán)境的污染較低，被認(rèn)為是下一代最有潛力的新型太陽(yáng)能電池之一。傳統(tǒng)的敏化太陽(yáng)能電池一般采用TiO2納米粒子作為光陽(yáng)極，但是TiO2納米粒子間接觸性較差且TiO2其電子遷移率較低，降低了敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。ZnO納米線(xiàn)具有高的電子遷移率、直接傳輸電子的有效通道及豐富的

2、原料和簡(jiǎn)單的制備工藝，這有望使敏化ZnO納米線(xiàn)太陽(yáng)能電池性能具有更廣闊的應(yīng)用前景。本文采用化學(xué)浴沉積(CBD)法制備出高長(zhǎng)徑比的ZnO納米線(xiàn)作為光陽(yáng)極，以CdS量子點(diǎn)和有機(jī)染料玫瑰紅B作為敏化劑，制成敏化太陽(yáng)能電池，對(duì)ZnO納米線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和形貌以及敏化太陽(yáng)能電池的光電性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。主要研究結(jié)果如下:
　　1.采用激光分子束外延(LMBE)法首先在ITO導(dǎo)電玻璃上生長(zhǎng)一層ZnO種子層，再使用化學(xué)浴沉積法在ZnO種子層上生長(zhǎng)ZnO

3、納米線(xiàn)。為了獲得垂直于基底排列的高長(zhǎng)徑比ZnO納米線(xiàn)，系統(tǒng)研究了ZnO種子層的結(jié)晶性、聚乙烯亞胺(PEI)的濃度、水浴溫度和生長(zhǎng)時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)ZnO納米線(xiàn)生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明:當(dāng)ZnO種子層具有良好的c軸取向時(shí)，ZnO納米線(xiàn)可垂直排列于ITO基底上并呈六角纖鋅礦結(jié)構(gòu);在PEI濃度為4.5mmol/L，水浴溫度為95℃，生長(zhǎng)時(shí)間為9h時(shí)，可以獲得長(zhǎng)徑比達(dá)20.56的ZnO納米線(xiàn)。
　　2.采用連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(SILAR)法在Z

4、nO納米線(xiàn)上沉積CdS量子點(diǎn)，并將其組裝成敏化太陽(yáng)能電池。探討SILAR過(guò)程中CdS的循環(huán)次數(shù)以及不同長(zhǎng)徑比ZnO納米線(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):隨著CdS的SILAR循環(huán)次數(shù)從2次增至16次，太陽(yáng)能電池的效率先增加后減小;隨著ZnO納米線(xiàn)長(zhǎng)徑比的增大，ZnO納米線(xiàn)上吸附的CdS量子點(diǎn)數(shù)量增多，吸收光譜范圍得到加寬，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率得到提高。在CdS循環(huán)次數(shù)為12次，ZnO納米線(xiàn)的長(zhǎng)徑比為20.56時(shí)，CdS量子點(diǎn)敏化ZnO

5、納米線(xiàn)太陽(yáng)能電池可以達(dá)到最高的光電轉(zhuǎn)換效率0.401％。
　　3.采用玫瑰紅B直接吸附(DA)法敏化ZnO納米線(xiàn)并組裝成敏化太陽(yáng)能電池，研究了玫瑰紅B的濃度和ZnO納米線(xiàn)長(zhǎng)徑比對(duì)染料敏化太陽(yáng)電池光電性能的影響。研究結(jié)果表明:當(dāng)玫瑰紅B濃度為0.2mmol/L時(shí)，ZnO納米線(xiàn)的長(zhǎng)徑比為20.56時(shí)，太陽(yáng)能電池可達(dá)到最佳性能，此時(shí)的短路電流密度為3.043mA/cm2，開(kāi)路電壓為0.406V，填充因子為0.341，光電轉(zhuǎn)換效率0.42