纳米晶氧化锌基染料敏化太阳能电池的研究

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与传统的硅太阳电池相比,纳米晶染料敏化太阳电池以其低廉的成本和简单的制作工艺越来越受到人们的关注。本文首先制备了不同形貌的ZnO纳米粉体、其次用所得不同形貌的ZnO粉体制备了染料敏化太阳能电池,最后对电池的光阳级结构进行复合优化。主要实验内容和结果如下:(1)以PEG为软模板,采用水热合成的方法在一定条件下制备出具有六方结构的ZnO纳米粒和ZnO纳米棒。当[Zn2+]/[OH-]摩尔比为0.5时,可获得粒径为150nm左右的ZnO纳米粒,随着[Zn2+]/[OH-]摩尔比的增加,ZnO由粒状变为棒状。随着PEG分子量的增加,ZnO纳米粒的粒径减小。(2) 220℃水热合成ZnO时,当NaOH摩尔浓度为0.05mol/L,1mol/L和2mol/L时所得ZnO粉体为微米级的。随着NaOH摩尔浓度的增加ZnO的长径比逐渐减小。当NaOH摩尔浓度为4mol/L时可以得到棒状纳米ZnO,纳米棒的长度和直径分别为500nm和100nm。(3) 100℃水热合成ZnO时,当NaOH摩尔浓度为1mol/L时获得柱状ZnO,随着NaOH摩尔浓度的增加ZnO尺寸由微米级转变成纳米级,当NaOH的摩尔浓度为4mol/L时可获得ZnO纳米片,其片的长、宽和厚度分别为800nm, 500nm和80nm。(4)以Zn(AC)2·2H2O和醇为原料,采用加热冷凝回流方式制备出ZnO纳米微球,研究不同合成温度和不同醇对ZnO性能的影响。可制备出球径100800nm不等的ZnO球。掺杂Li+离子、IO3-离子对ZnO纳米微球进行改性研究,掺杂后使得ZnO纳米微球的大小均一,且球径减小。当添加0.001mol乙酸锂或碘酸时所得的ZnO纳米微球大小均一,球径约400nm左右。(5)将不同形貌的ZnO纳米粉作为光阳极制备了ZnO电池。ZnO的形貌及颗粒的尺寸对电池的性能有较大的影响。以ZnO纳米微球的光电转化率最高,光电转化效率为2.15%,获得电池的开路电压为0.64V,短路电流6.47mA·cm-2,填充因子为0.52。(6)研究了ZnO结构对染料敏化太阳能电池的影响,制备了不同形貌ZnO复合的光阳极,即印刷浆料时刷两层不同形貌的ZnO。纳米颗粒与纳米球这种结构的ZnO基染料敏化太阳能电池的光电转化率最好,为1.74%,其开路电压为0.62V,短路电流为6.66mA·cm-2,填充因子为0.42。
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