ZnO壳核式微纳分级结构有序阵列杂化太阳电池的研究

摘要

本文采用电化学沉积的方法在ITO导电玻璃基底上制备了一维有序的ZnO纳米棒和ZnO纳米片阵列。分别以沉积有ZnO纳米棒和ZnO纳米片阵列的ITO导电玻璃为工作电极，二次电沉积制备得到了ZnO纳米棒上生长纳米棒和ZnO纳米片上生长纳米棒的微纳分级结构。采用化学浴沉积法在上述四种ZnO纳米结构上均匀沉积Sb2S3纳米粒子，依次形成Sb2S3/ZnO纳米棒、Sb2S3/ZnO纳米片、Sb2S3/ZnO纳米棒上生长纳米棒、Sb2S3/ZnO纳米片上生长纳米棒的壳核式复合结构。在Sb2S3/ZnO纳米片和Sb2S3/ZnO纳米片分级壳核结构阵列上旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT/Sb2S3/ZnO三组分壳核式结构，同时在ZnO纳米片和ZnO纳米片微纳分级结构基底上旋涂P3HT形成P3HT/ZnO复合结构。对基于不同形貌的ZnO纳米材料制备的电极进行SEM、XRD、HRTEM及紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测定和分析，研究了基于不同电极组装而成的杂化太阳电池的光电性能。
　　将制备得到的不同形貌的ZnO复合纳米结构作为光阳极设计组装成新型的有机-无机杂化太阳电池。研究表明:电化学沉积法制备的四种不同形貌的ZnO为典型的六方纤锌矿结构，其中，ZnO纳米棒的直径约200-300 nm，长度约2μm; ZnO纳米棒上生长的二级纳米棒直径约为10-50 nm，长度约为200 nm; ZnO纳米片厚度约为80nm，高度约为4-5μm; ZnO纳米片上生长的纳米棒直径约为200 nm，长度约为800 nm。化学浴沉积法制备的Sb2S3纳米粒子为辉锑矿结构，通过控制沉积温度和时间，可以得到不同壳层厚度的Sb2S3/ZnO壳核结构，最佳沉积温度为10℃以下，沉积时间为2h。Sb2S3纳米粒子的沉积大大拓宽了ZnO的吸收范围，达到760 nm以上。旋涂一层P3HT薄膜后，在n-型Sb2S3和p-型P3HT之间形成的p-n异质结有利于光生电荷的快速传输和有效分离。结果表明，基于P3HT/Sb2S3/ZnO纳米片上生长纳米棒分级壳核结构光阳极的杂化太阳电池性能最佳，能量转换效率为0.81％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 太阳电池的研究背景

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 杂化太阳电池的工作原理

1．4 太阳电池性能的特征参数

1．5 ZnO微纳分级结构在太阳电池中的应用

1．6 本课题研究目的和内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

第2章 ZnO纳米棒和ZnO纳米片的制备及其光电性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂与仪器

2．1．2 ZnO纳米棒和ZnO纳米片阵列的制备

2．1．3 表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 表征分析

2．2．2 光电性能测试与研究

2．3 本章小结

第3章 ZnO微纳分级结构的制备及光电性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂与仪器

3．1．2 ZnO纳米棒微纳分级结构和ZnO纳米片微纳分级结构的制备

3．1．3 表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 表征分析

3．2．2 光电性能测试与研究

3．3 本章小结

第4章 Sb2S3／ZnO壳核式纳米结构的制备及其光电化学性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验试剂与仪器

4．1．2 Sb2S3／ZnO壳核式纳米结构阵列的制备

4．1．3 表征与测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 表征结果

4．2．2 光电性能测试与分析

4．3 本章小结

第5章 P3HT／Sb2S3／ZnO复合结构有机无机杂化太阳电池的制备及光电化学性能研究

5．1 实验部分

5．1．1 实验试剂与仪器

5．1．2 P3HT／Sb2S3／ZnO三组分壳核式纳米结构的制备

5．1．3 P3HT／Sb2S3／ZnO纳米结构太阳电池的组装

5．1．4 表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 表征分析

5．2．2 光电性能测试与研究

5．2．3 太阳电池性能的研究

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢