發(fā)布時(shí)間：2017-11-05 17:08

  本文關(guān)鍵詞：ZnO基微納米結(jié)構(gòu)的可控合成及其在敏化光伏電池中的應(yīng)用

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【摘要】：ZnO作為一種典型的寬禁帶半導(dǎo)體氧化物,其制備方法簡(jiǎn)單,形貌結(jié)構(gòu)可控;同時(shí)具有電子遷移率高、比表面積大,物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn),在光伏電池、壓敏和氣敏原件、發(fā)光二極管以及激光器等領(lǐng)域有著較廣泛的應(yīng)用前景。本文致力于ZnO基微納米復(fù)合材料的可控合成及其作為敏化光伏電池光陽(yáng)極薄膜的性能研究。利用低溫溶液法,分別合成了ZnO/g-C3N4復(fù)合納米顆粒、具有定向鏈接結(jié)構(gòu)的ZnO納米棒、準(zhǔn)單晶ZnO分級(jí)微球,詳細(xì)研究了材料的生長(zhǎng)機(jī)理,并基于所制備ZnO材料的結(jié)構(gòu)特性,將其應(yīng)用于敏化光伏電池光陽(yáng)極材料。主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用超聲輔助的表面自發(fā)單層分散法,制備了石墨烯相C3N4(g-C3N4)與ZnO納米顆粒的復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),g-C3N4的包覆拓寬了光陽(yáng)極的可見(jiàn)光吸收區(qū)域;g-C3N4在ZnO光陽(yáng)極和染料分子之間構(gòu)成能帶梯度,有效提高了光電子的注入效率;同時(shí),g-C3N4減弱酸性染料分子對(duì)ZnO表面的腐蝕。將此材料作為染料敏化光伏電池的光陽(yáng)極,顯著提高了電池的光電壓和光生電流密度,從而得到了4.5%光電轉(zhuǎn)化效率,與基于純ZnO器件(2.5%)相比效率提升~40%。(2)溶劑熱法制備了定向鏈接ZnO納米棒(OA-RODs)并研究反應(yīng)物濃度對(duì)OA-RODs的尺寸、長(zhǎng)徑比、結(jié)晶程度的影響規(guī)律,討論材料生長(zhǎng)和調(diào)控的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),作為CdS/CdSe共敏化量子點(diǎn)光伏電池光陽(yáng)極,OA-RODs不但具有高量子點(diǎn)負(fù)載量、光散射能力,同時(shí)可促進(jìn)光生電子的產(chǎn)生、傳輸、減弱載流子復(fù)合幾率,有效提高電池的光電流密度(13 mA·cm-2),獲得了4.7%的光電轉(zhuǎn)換效率。(3)利用金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)MOF-5作為前驅(qū)體,經(jīng)過(guò)溶劑熱轉(zhuǎn)化得到了準(zhǔn)單晶ZnO分級(jí)微球。研究發(fā)現(xiàn),ZnO納米球(500 nm)是由ZnO初級(jí)結(jié)構(gòu)單元定向鏈接構(gòu)成。將該結(jié)構(gòu)用于CdS/CdSe共敏化量子點(diǎn)光伏電池光陽(yáng)極,其獨(dú)特的準(zhǔn)單晶結(jié)構(gòu)減少了膜結(jié)構(gòu)中晶界數(shù)量,有效提高了光生電子傳輸效率。同時(shí),作為散射層增強(qiáng)了對(duì)入射光的反射,提高光吸收效率,使光生電流密度達(dá)到15.9 mA·cm-2,與開(kāi)路電壓達(dá)到640 eV,從而得到5.66%的光電轉(zhuǎn)化效率與ZnO納米顆粒膜相比提高~25%。
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ132.41;TB383.1

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本文編號(hào)：1145093