ZnO微纳结构的合成、表征及其光电性质

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ZnO纳米材料由于其在纳米器件中的潜在应用,引起了人们广泛的研究兴趣,本文采用热处理法和水热法分别合成了海胆状和鸟巢状ZnO微纳结构,并对它们的形貌、成分、光学性能进行表征;然后以这两种结构作为光阳极,组装成染料敏化太阳能电池,并测试其光电性能。  1.通过热处理法在FTO上制备了海胆状ZnO微纳结构,并对其结构、形貌和性能进行了表征。SEM照片和XRD图谱表明:热处理的温度越高,热处理的时间越长,“海胆刺”生长得越长,晶体的结晶度越高;热处理气氛中氧气的浓度越高,“海胆刺”生长得越长,晶体的结晶度没有显著变化;用这种海胆状ZnO微纳结构作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池,其光电效率并不理想,主要原因是ZnO薄膜较厚,一方面影响了透光率,减少了照射到染料上的光子数;另一方面增加了电子在光阳极中的传输距离,提高了电子传输过程中的复合几率。  2.利用水热法制备了鸟巢状ZnO纳米结构,并对其进行了SEM、XRD、TEM、HRTEM、SAED、PL等测试分析,SEM显示:鸟巢状结构是由大量的纳米棒以正六边形结构单元叠加、环绕而成的,比表面积高;根据TEM、HRTEM和SAED分析,提出了基于“取向搭接”过程和Ostwald熟化过程的生长机理。通过旋转涂覆法将其涂覆到FTO上并制备成染料敏化太阳能电池,光电测试的结果表明,光电转换效率随着涂覆层数的增加呈现出先增大后减小的变化趋势,最佳涂覆层数为10层,此时光电转换效率达到0.63%。
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