基于ZnO薄膜染料敏化太陽能電池的制備及光電性能研究.pdf

1、隨著社會科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，能源危機(jī)已經(jīng)變成了人類面臨的共同問題，大量化石燃料的日漸枯竭和燃燒造成的環(huán)境污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的生存和發(fā)展。在這種情況下，新型太陽能電池的研究越來越受到人們的關(guān)注。自1991年以來，染料敏化太陽能電池因其制備工藝簡單、價格低廉、無毒無污染等優(yōu)良性能，已經(jīng)成為當(dāng)今研究領(lǐng)域中的一個熱點。高度取向的ZnO納米棒陣列薄膜具有原料來源豐富、比表面積大、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，是一種理想的光電極材料，并成為當(dāng)今新能源材

2、料與器件研究中新的熱點。
　　在本實驗中，我們利用水熱法和電化學(xué)沉積法制備了高度c軸擇優(yōu)取向的ZnO薄膜。并對ZnO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了分析研究。同時制備了N719染料敏化太陽能電池、CdS量子點敏化太陽能電池以及共敏化太陽能電池，研究了它們的光電轉(zhuǎn)換性能。研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　(1)利用水熱法和電化學(xué)沉積法制備ZnO納米棒陣列薄膜，研究了不同工藝參數(shù)對ZnO薄膜生長的影響。結(jié)果表明，我們通過兩種方法都能得到分

3、布均勻、結(jié)晶良好、形狀規(guī)則、端頭呈六邊形的ZnO納米棒陣列薄膜。但是水熱法制備的ZnO納米棒陣列長徑比更大、均勻性更好、沿c軸的取向生長更為明顯。
　　(2)采用連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)法制備了CdS量子點敏化的ZnO納米棒陣列薄膜電極，通過X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、紫外可見分光光度計等來研究了ZnO/CdS雙層膜復(fù)合電極的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì);使用太陽能電池測試系統(tǒng)研究了ZnO形貌、不同CdS沉積次數(shù)以及

4、不同共敏化時間對染料敏化太陽能電池的光電性能影響。結(jié)果顯示，CdS量子點為立方相結(jié)構(gòu)，且完全覆蓋在納米ZnO納米棒陣列的表面。此外，隨著CdS沉積次數(shù)的增加，納米ZnO薄膜電極的光譜響應(yīng)范圍從紫外區(qū)擴(kuò)展到了可見光區(qū)，組裝的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也隨之增大，當(dāng)CdS沉積次數(shù)為9次或者10次時，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大。這主要是因為CdS量子點的引入提高了納米ZnO電極的光譜響應(yīng)，減少了電子與空穴復(fù)合的幾率，加速了電子的轉(zhuǎn)