氧化锌纳米结构材料光阳极及其氮掺杂染料敏化电池的研究

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在现代社会中,人类对能源的需求日益增加,各种各样的可再生能源成为应对世界范围内的能源危机和环境问题的重要途径。其中采用纳米尺度的半导体(TiO2)作为光阳极材料的染料敏化太阳能电池使人们看到了低成本,无污染电池的新希望。ZnO具有与TiO2相近的禁带宽度,因此ZnO纳米晶薄膜电极也成为了染料敏化太阳能电池中重要的电极材料之一。  本论文中采用电化学法、溶液化学生长法制备ZnO微纳米结构。用电化学方法成功制备ZnO微纳米薄膜材料作为染料电池的光阳极。用溶液化学生长法60℃时在玻璃基底上制备大量的ZnO微纳米棒。该方法未见报道,所提出的方法简单且易操作,不需事先涂敷籽晶层,不需加入碱水调节pH值。  使用气相法对ZnO薄膜以及TiO2薄膜进行氮掺杂。使用X射线光电子能谱(XPS)分析表征了掺杂情况,实验表明采用气相法成功的对制备的ZnO薄膜以及TiO2薄膜进行氮掺杂。氮掺杂后薄膜对可见光的响应有了改善。氮掺杂后再吸附染料,薄膜对可见光的吸收有了大幅的改善。  用上述方法制备的光阳极组装了染料敏化太阳能电池。利用标准电池测试系统对ZnO和TiO2薄膜光阳极材料的染料敏化太阳能电池进行测试。关于氮掺杂染料敏化太阳能电池很少有文献报道。实验发现氮掺杂光阳极后电池效率降低。研究表明单掺杂会造成载流子复合,从而减少了载流子的寿命。氮掺杂后虽然对可见光的吸收有了改善,会产生更多的光生载流子,但是通过氮掺杂可能带入了更多的复合中心,降低了载流子的寿命,从而降低了转化效率。并提出了Mo+C共掺杂的解决办法。最后实验用电化学法制备的ZnO薄膜作为光阳极组装的染料电池其效率为0.67%。
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