ZnO复合光阳极的制备及其染料敏化太阳能电池性能研究

摘要

ZnO光阳极是染料敏化太阳能电池（DSSCs）的重要组成部分，它起着负载染料和传输电子的作用。本文目的是制备比表面积大、染料吸附量高、电子传输性能好的ZnO光阳极，并获得光电转化效率高的ZnO基DSSCs。本文采用化学浴沉积法制备了垂直基底生长的ZnO纳米片膜，采用醇热回流法制备掺杂Li+的ZnO团聚体结构，制成ZnO团聚体-纳米片复合结构光阳极，研究其电子传输情况和光电性能。采用XRD和SEM对ZnO的结构和形貌进行表征，并通过电化学阻抗谱（EIS）分析了ZnO基 DSSCs内部电子传输情况，测试了DSSCs的J-V光电性能曲线。
　　本研究主要内容包括：⑴采用旋涂法和浸渍提拉法在导电玻璃上制备了不同种子层，以种子层为基底，用化学浴沉积法制备出垂直种子层基底生长的二维ZnO纳米片膜。探究种子层的种类和厚度对 ZnO纳米片的光电性能影响，同时调控化学浴生长时间制备出了不同厚度的ZnO纳米片膜。结果表明：采用以0.3mol/L二水乙酸锌和0.3 mol/L二乙醇胺的乙二醇甲醚溶液为溶胶，经过1次浸渍提拉制备的种子层基底，进行化学浴反应，当反应温度为90oC，反应时间为4h，Zn(NO3)2?6H2O的浓度为0.15mol/L，尿素的添加量为16.7wt％时，制得相应ZnO基DSSCs的性能参数为：短路电流密度（Jsc）为11.81mAcm-2，开路电压（Voc）为0.62V，填充因子（FF）为0.68，光电转换率（PCE）为4.98%。⑵采用醇热回流法制备了ZnO团聚体结构，用于作为ZnO光散射层。实验中采用旋涂法、浸渍法、刮涂法将光散射层铺在 ZnO纳米片基底上，探究了三种工艺制得的ZnO团聚体层对ZnO基DSSCs的光电性能影响。结果表明：刮涂法制备的光散射层太厚，大大增加DSSCs的内阻，不利于获得更高的PCE。采用浸渍法，ZnO纳米片浸渍于ZnO团聚体溶液中2min，获得的光散射层最有利于提高ZnO基DSSCs的光电性能，相应的光电性能参数为：Jsc=15.05mAcm-2，Voc=0.68V，FF=0.60，PCE=6.13%。⑶采用水热法，以ZnO团聚体膜为生长衬底，放置于不同浓度的Zn(NO3)26H2O/尿素生长液中，在90oC下反应不同时间，制备出ZnO团聚体-纳米片复合膜。结果表明，在0.07mol/L生长液中生长4h制得的ZnO复合光阳极光电性能最佳，其相应的光电性能参数为：Jsc=17.02mAcm-2，Voc=0.60V，FF=0.60，PCE=6.06%。同时采用化学浴沉积法，ZnO团聚体膜在0.15mol/L生长液中反应2h制备的ZnO复合光阳极，组装时采用PEO基电解质，DSSC获得了5.60%的光电效率。

目录

声明

1 引 言

2 文献综述

2.1 染料敏化太阳能电池

2.2 染料敏化太阳能电池光阳极的研究

2.3 ZnO纳米材料的晶体结构

2.4 ZnO纳米片的研究进展

2.5 ZnO光阳极的改性方法

3 化学浴沉积法制备ZnO纳米片及其光电性能研究

3.1 实验仪器及原料

3.2 实验过程

3.3 表征和测试

3.4 实验结果分析

3.5 本章小结

4 光散射层的引入对ZnO纳米片DSSCs的光电性能影响

4.1 实验设备和材料

4.2 实验过程

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

5 ZnO团聚体-纳米片复合光阳极的制备及DSSCs性能研究

5.1 实验设备和原料

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

6 结 论

创新点

不足与展望

致谢

参考文献