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文檔簡介
1、ZnO作為一種典型的寬禁帶半導(dǎo)體氧化物,其制備方法簡單,形貌結(jié)構(gòu)可控;同時具有電子遷移率高、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分級微球,詳細(xì)研究了材料的生長機(jī)理,并基于所制備
2、ZnO材料的結(jié)構(gòu)特性,將其應(yīng)用于敏化光伏電池光陽極材料。主要的研究內(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的包覆拓寬了光陽極的可見光吸收區(qū)域;g-C3N4在ZnO光陽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,g-C3N4減弱酸性染料分子對ZnO表面的腐蝕。將此材料作為染料敏化光伏電池的光陽極,顯著提高了電池
3、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OA-RODs的尺寸、長徑比、結(jié)晶程度的影響規(guī)律,討論材料生長和調(diào)控的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),作為CdS/CdSe共敏化量子點(diǎn)光伏電池光陽極,OA-RODs不但具有高量子點(diǎn)負(fù)載量、光散射能力,同時可促進(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
4、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)過溶劑熱轉(zhuǎn)化得到了準(zhǔn)單晶ZnO分級微球。研究發(fā)現(xiàn), ZnO納米球(500nm)是由ZnO初級結(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,作為散射層增強(qiáng)了對入射光的反射,提高光吸收效率,使光生電流密
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