Zn-ZnO-TiO2、ZnO-SnO2復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的光電化學(xué)性能研究.pdf

1、納米材料以其獨(dú)特的光、電、磁學(xué)性能引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注,尤其是其優(yōu)異的半導(dǎo)體特性,在太陽(yáng)能電池陽(yáng)極材料的應(yīng)用中展現(xiàn)出了良好前景。本文中,我們采用直接燒結(jié)法、水熱法等化學(xué)合成方法,設(shè)計(jì)和制備出新型的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)——海膽狀Zn/ZnO/TiO2復(fù)合納米結(jié)構(gòu)以及ZnO納米線(xiàn)/SnO2納米顆粒復(fù)合納米結(jié)構(gòu),并將這些復(fù)合納米結(jié)構(gòu)用于染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極材料的組裝。首先,通過(guò)光學(xué)顯微設(shè)備對(duì)復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的形貌、結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行表征,分析其生長(zhǎng)機(jī)制。

2、隨后,通過(guò)光電學(xué)測(cè)試手段對(duì)新型納米結(jié)構(gòu)薄膜電池的電學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè),探討該形貌對(duì)電池性能的影響,分析半導(dǎo)體材料內(nèi)部的電子傳輸機(jī)制。具體研究方案如下:
　　1、海膽狀 Zn/ZnO/TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽(yáng)能電池的性能研究
　　通過(guò)改變納米材料的傳統(tǒng)球狀和一維結(jié)構(gòu),以金屬和半導(dǎo)體氧化物間的肖特基勢(shì)壘有利于電子注入為指導(dǎo)思想,采用直接燒結(jié)法將Zn粉涂覆于FTO導(dǎo)電玻璃上,在馬弗爐中加熱保溫550℃后合成了海膽狀 Zn/ZnO

3、復(fù)合納米結(jié)構(gòu),并將其應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極材料。使用SEM、XRD和TEM電鏡表征了海膽狀 Zn/ZnO/TiO2的微觀結(jié)構(gòu),分析其形成過(guò)程和生長(zhǎng)機(jī)制。通過(guò)J-V曲線(xiàn)及IPCE的測(cè)試,探尋該復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)于電子收集的影響:結(jié)果表明海膽狀 Zn/ZnO薄膜電池的電子收集效率高于一維 ZnO納米線(xiàn)陣列電池。此外,采用原子層沉積法對(duì)海膽狀 Zn/ZnO表面 T進(jìn)行 iO2修飾,形成良好的海膽狀 Zn/ZnO/TiO2核殼結(jié)構(gòu)。通過(guò)電化學(xué)阻

4、抗測(cè)試發(fā)現(xiàn)不同厚度的TiO2殼層對(duì)于電子復(fù)合具有不同的抑制作用,使得電池的性能得到了優(yōu)化,最大開(kāi)路電壓達(dá)到0.66V,短路電流3.28mA.cm-2,轉(zhuǎn)化效率達(dá)到0.82％。
　　2、ZnO/SnO2核殼納米結(jié)構(gòu)染料敏化太陽(yáng)能電池的性能研究
　　采用水熱/溶劑熱法分別合成一維 ZnO納米線(xiàn)陣列及均勻 SnO2納米顆粒,再通過(guò)旋涂法合成了ZnO納米線(xiàn)/ SnO2納米顆粒核-殼復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。從化學(xué)合成原理上分析了SnO2納米顆粒

5、形成過(guò)程。隨后,將該復(fù)合結(jié)構(gòu)用于染料敏化太陽(yáng)能電池( DSSCs)的組裝。J-V曲線(xiàn)測(cè)試表明,與單一結(jié)構(gòu)的一維 ZnO納米線(xiàn)陣列或 SnO2納米顆粒光陽(yáng)極相比,這種新型復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極,能有效地提高電池的光電性能,其短路電流、開(kāi)路電壓及轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到2.93mA/cm-2、0.64V、0.74%。引入入射光光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)、強(qiáng)度調(diào)制光電流譜(IMPS)及強(qiáng)度調(diào)制光電壓譜(IMVS)等測(cè)試手段研究復(fù)合材料內(nèi)部的電子傳輸機(jī)理。