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染料敏化太阳能电池(简称DSSC)是20世纪90年代发展起来的一种新型的太阳能电池。目前发展较为成熟的太阳能电池有:(1)硅系太阳能电池(2)化合物薄膜太阳能电池(3)聚合物太阳能电池(4)染料敏化太阳能电池。这一新型太阳电池有着更为广泛的用途:如可用塑料或金属薄板使之轻量化,薄膜化;可使用各种色彩鲜艳的染料使之多彩化。还可设计成各种形状的太阳能电池使之多样化。总之染料敏化纳米晶太阳能电池有着十分广阔的产业化前景,是具有相当广泛应用前景的新型太阳电池。ZnO薄膜是一种理想的透明导电薄膜,可见光透射率高达90%,室温时其禁带宽度约为3.32eV,激子束缚能约60meV,是继TiO2之后DSSC较为理想的光阳极材料之一。本实验通过对ZnO的掺杂,提高了光能的利用率,同时提高了染料敏化太阳能电池的转化效率。喷雾热解法简单,温度适中,沉积速率和薄膜厚度可以在一个很宽广的范围内调节。通过实验和结果分析得到如下的结论:
1 ZnO:Eu制备的主要方法有:超声喷雾共沉淀法技术,为粉体,没有形成薄膜,不能在太阳能电池的光阳极中使用;而超声喷雾实验过程时间较短,操作简单,制备的薄膜能工业生产中广泛的应用。
2以醋酸锌(Zn(CH3COO)2),氯化铕(EuCl3)水溶液为前驱体,采用超声喷雾热解方法在ITO导电玻璃衬底上沉积ZnO:Eu薄膜。改变氯化铕的摩尔分数(摩尔分数分别为0%,3%,6%,9%),通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对不同掺杂浓度ZnO:Eu薄膜的形貌,结构和光学性质的比较,发现掺杂摩尔分数为6%的ZnO:Eu薄膜的性能最好。
3 SEM测试结果表明制备ZnO:Eu薄膜(Eu离子的摩尔分数为6%)为致密的纳米颗粒膜,晶粒直径大约在200~250nm。XRD图谱表明ZnO:Eu薄膜具有很好的六角纤锌矿结构。PL谱测试表明当用280nm激发光激发时,ZnO:Eu薄膜在613nm处有较强的红光发射,该波长可以被染料吸收,这对于提高染料敏化太阳能电池的效率是十分有意义的。
4采用超声喷雾热解的方法在透明导电的ITO衬底上制备CdS敏化的ZnO薄膜。通过SEM,XRD,PL谱对样品结构性能进行了表征。SEM图谱表明制备的CdS纳米粒子大小不均匀。激发谱表明量子点ZnO:CdS薄膜在380hm处有较强的紫外吸收,发射谱表明当用400nm左右的激发光时,CdS量子点520nm处有较强的红光发射,该波长可以被染料吸收,提高了染料敏化太阳能电池的转化效率。