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

1、納米材料以其獨特的光、電、磁學性能引起了學者們的廣泛關注,尤其是其優(yōu)異的半導體特性,在太陽能電池陽極材料的應用中展現(xiàn)出了良好前景。本文中,我們采用直接燒結(jié)法、水熱法等化學合成方法,設計和制備出新型的復合納米結(jié)構(gòu)——海膽狀Zn/ZnO/TiO2復合納米結(jié)構(gòu)以及ZnO納米線/SnO2納米顆粒復合納米結(jié)構(gòu),并將這些復合納米結(jié)構(gòu)用于染料敏化太陽能電池陽極材料的組裝。首先,通過光學顯微設備對復合納米結(jié)構(gòu)的形貌、結(jié)構(gòu)和成分進行表征,分析其生長機制。

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

3、復合納米結(jié)構(gòu),并將其應用于染料敏化太陽能電池的陽極材料。使用SEM、XRD和TEM電鏡表征了海膽狀 Zn/ZnO/TiO2的微觀結(jié)構(gòu),分析其形成過程和生長機制。通過J-V曲線及IPCE的測試,探尋該復合結(jié)構(gòu)對于電子收集的影響: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納米線陣列電池。此外,采用原子層沉積法對海膽狀 Zn/ZnO表面 T進行 iO2修飾,形成良好的海膽狀 Zn/ZnO/TiO2核殼結(jié)構(gòu)。通過電化學阻

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

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