ZnO纳米棒薄膜及其在DSSC中的应用

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随着世界科技的迅速发展,人们对能源的需求越来越大,不可再生能源被大量开采以致储量越来越少,所以对可再生能源的开发愈加急迫。染料敏化太阳能电池(DSSC)以其绿色环保、成本低廉、光电转换效率高、适合商业化生产等优点成为了最新研究的热点课题。染料敏化太阳能电池的光阳级材料主要是SnO2、TiO2、ZnO等氧化物半导体材料。ZnO成本低,无污染,传输电子能力强,且具有易结晶性和各向异性生长的特点,所以可控性强,可通过改变实验条件来获得ZnO不同特性的纳米结构,但缺点是稳定性差。TiO2稳定性好,光电转换效率高。但是TiO2薄膜存在大量表面态,延长了电子在薄膜中的传导时间,电子迁移率低,容易引起电子与外界材料的复合。所以基于二者综合考虑,本文研究了不同生长条件对氧化锌纳米棒结构的影响,并包覆一层TiO2膜形成核壳结构,让二者取长补短,从而提高DSSC的光电转换效率。本文实验主要分两个方面:1.在30cm*60cm的瓷舟中均匀放入2g二水合醋酸锌药品,将已种过种晶的FTO导电基底完全覆盖在瓷舟上方,然后放置于马沸炉中加热。通过热蒸发的方法在透明导电玻璃基底上直接生成氧化锌纳米棒薄膜。通过调节反应时间和反应温度,可以得到不同形貌、不同厚度的氧化锌纳米棒薄膜。通过XRD、SEM等对样品进行表征。结果表明,氧化锌纳米棒分布均匀,孔隙较多。将样品制成DSSC光阳极,应用于染料敏化太阳能电池上。可以得出在反应温度为350℃、反应时间为9h时制得的样品组装成的太阳能电池光电转换效率最高,为3.3%。这种方法的最大优点是简单、易控和价格低廉。2.将350℃、9h制成的ZnO纳米棒薄膜样品在体积比为1:40的钛酸丁酯乙醇溶液中浸泡30mmin,取出风干后在空气中400℃退火2h,即得到了ZnO@TiO2核壳结构。将其应用于DSSC上可得出光电转换效率达到了4.85%,与单纯的ZnO纳米棒薄膜相比有了一定的提高。
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