Al3+掺杂对纳米ZnO结构及染料敏化太阳能电池性能影响研究

摘要

染料敏化太阳能电池是一种新型的光电转换太阳能电池，它制作工艺简单、性能稳定和成本低，具有很好的市场应用前景。纳米晶半导体光阳极作为DSSC的重要组成部分之一，主要起吸附染料和传输电子的作用，对DSSC的光电性能具有重要的影响。本文对DSSC的ZnO光电极进行了研究。研究内容包括：（1）采用化学浴沉积法在导电玻璃（FTO）上制备 ZnO纳米棒并将其应用于 DSSC中，主要研究ZnO纳米棒的生长条件及Al3+掺杂改性种子层对所制备的ZnO纳米棒和电池性能的影响；（2）采用多次重复浸渍种子层工艺，制备出ZnO纳米棒和ZnO纳米粒复合杂化结构的光阳极，并应用于DSSC中。（3）采用沉淀法制备Al3+掺杂ZnO纳米粒，采用超声辅助沉淀法制备了Al3+掺杂ZnO纳米片，采用醇热回流法制备Al3+掺杂ZnO纳米球并应用于DSSC中。采用SEM对ZnO种子层、ZnO纳米棒以及ZnO粉体的形貌形貌进行了表征，测试了不同光阳极薄膜组装成DSSC的I-V曲线和EIS阻抗谱。主要研究内容和结果如下：
　　（1）以二水合醋酸锌为锌源，以乙二醇甲醚和乙醇胺作为溶剂，在FTO上用提拉浸渍法制备 ZnO种子层；然后通过化学浴沉积法在六水合硝酸锌和六次甲基四胺水溶液中生长纳米棒，并通过在种子层中掺入不同比例的 Al3+，制备ZnO纳米棒。当种子层浓度为0.1 M且掺杂9at％Al3+，导电玻璃长边垂直放置于生长液中，生长液浓度为0.04 M时，制备的ZnO纳米棒长度为5μm，DSSC的光电性能最好，开路电压0.40 V，短路电流5.64 mA/cm2，填充因子0.47，光电转换效率为1.07%。
　　（2）通过多次重复浸渍种子层工艺，制备出 ZnO纳米棒和 ZnO纳米粒的复合结构光阳极。当ZnO种子层掺杂9at%Al3+，且经过9次浸渍和生长之后，制备出了长度为15.2μm的复合结构ZnO纳米棒和ZnO纳米粒，其制备的DSSC的光电转换效率达到2.36%，开路电压0.66 V，短路电流5.78 mA/cm2，填充因子0.62。
　　（3）通过沉淀法制备了Al3+掺杂ZnO纳米粒，采用超声辅助沉淀法制备了Al3+掺杂ZnO纳米片，通过醇热回流法制备了Al3+掺杂ZnO纳米球。在相同的实验条件下，分别将三种形貌的纳米粉体制备成光阳极薄膜并组装成DSSC。沉淀法制备的6at%Al3+掺杂ZnO纳米颗粒聚集体所制备的DSSC的光电转换效率达到0.94%；超声法制备的6at% Al3+掺杂ZnO纳米片所制备的DSSC的光电转换效率达到0.73%；醇热法制备的6% atAl3+掺杂ZnO纳米球所制备的DSSC的光电转换效率只有1.54%，较没有掺杂下降61.40%。

目录

声明

1 引 言

2 文献综述

2.1 染料敏化太阳能电池的结构

2.2 DSSC的工作原理

2.3 DSSC的光电特性参数

2.4 纳米晶光阳极的研究现状

2.5 本论文的研究目标和意义

3 化学浴沉积法制备ZnO纳米棒及电池性能研究

3.1 实验原料

3.2 实验过程

3.3 表征

3.4 实验结果与分析

3.5 本章小结

4 ZnO纳米棒和纳米粒复合结构光阳极制备及电池性能研究

4.1 实验部分

4.2 实验结果与分析

4.5 本章小结

5 Al3+掺杂ZnO纳米粉的制备及其电池性能的研究

5.1 实验原料及设备

5.2 实验过程

5.3 测试与表征

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

6 结 论

创新点

不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况