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ZnO基纳米结构的制备及其在染料敏化电池的应用

作　者: 蔡芳萍
导　师: 朱丽萍
学　校: 浙江大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 氧化锌纳米线阵列核壳结构染料敏化太阳能电池
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文中我们采用热蒸发法制备垂直可控的ZnO纳米线阵列,通过简单的旋涂钛酸四丁酯水解溶液并进行退火处理,成功在ZnO纳米线阵列上生长TiO2壳层结构。利用扫描电子显微镜,高分辨透射电镜,X射线衍射以及光致发光谱等各种测试手段详细分析了ZnO纳米结构的各种形貌、结构和性能。主要得到以下结论：(1)通过对衬底进行各种预处理方式研究分析以及生长机理的探讨,我们得到了垂直性好的ZnO纳米线阵列。(2)通过对籽晶层薄膜和生长工艺参数的调节,我们实现了对ZnO纳米线阵列的可控生长。我们发现,籽晶层薄膜的取向性和晶粒大小直接影响纳米线垂直取向和直径大小,分析了各工艺参数变化影响纳米线整列形貌的原因。解释了籽晶层在生长过程中所起的作用。(3)我们首次实现了通过简单旋涂烧结法制备ZnO/TiO2的核壳结构,该方法简单方便,可复制性强,可以应用在其他材料的核壳结构生长。(4)包覆TiO2后的纳米线阵列制成的太阳能染料敏化电池性能对比纯ZnO纳米线阵列,我们取得了良好的光电转化效率～3%,转化效率增长50%,主要原因可以解释为包覆TiO2后,在TiO2和ZnO之间由于一定的电子浓度差,从而形成了自建电势,在一定程度上优化了电池的光电转化效率。

全文目录

前言  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-8
目录  8-10
第一章文献综述  10-26
  1.1 ZnO纳米材料的基本性质  10-16
    1.1.1 ZnO晶体基本性质  11-12
    1.1.2 ZnO材料的缺陷  12-13
    1.1.3 ZnO纳米材料的其他性质  13-16
  1.2 ZnO纳米线的主要生长方法  16-19
    1.2.1 气相沉积法  16-17
    1.2.2 液相生长法  17-18
    1.2.3 固态反应法  18-19
  1.3 生长机理  19-21
    1.3.1 气-液-固相生长机理  19
    1.3.2 气固生长机理  19-20
    1.3.3 螺旋位错生长机理  20
    1.3.4 其他生长机理介绍  20-21
  1.4 ZnO纳米核壳结构的研究进展  21-22
  1.5 ZnO材料的应用  22-26
    1.5.1 紫外探测器  22-23
    1.5.2 发光二级管  23
    1.5.3 染料敏化太阳能电池  23-26
第二章实验方法以及表征手段  26-34
  2.1 实验设备介绍  26-31
    2.1.1 高温管式炉  26-28
    2.1.2 ZnO薄膜籽晶层制备设备  28-30
    2.1.3 旋涂仪  30-31
  2.2 实验材料  31-32
    2.2.1 原材料  31
    2.2.2 衬底处理  31-32
  2.3 表征手段  32-34
第三章 ZnO纳米线的制备  34-46
  3.1 样品制备  34
  3.2 喷金  34-38
  3.3 醋酸锌溶液处理  38-41
  3.4 ZnO籽晶层薄膜的预生长  41-46
第四章 ZnO纳米线阵列的可控生长  46-54
  4.1 ZnO籽晶层对于纳米线阵列的影响  46-49
  4.2 生长工艺对于阵列的影响  49-52
  4.3 生长机理分析  52-54
第五章 ZnO/TiO2核壳结构制备及在染料敏化电池中的应用  54-62
  5.1 实验制备过程  54
  5.2 形貌表征分析  54-57
  5.3 光学性质分析  57-58
  5.4 染料敏化电池性能及分析  58-62
第六章总结  62-64
参考文献  64-70
致谢  70-72
个人简历  72-74
攻读硕士期间发表的学术论文与取得的其他研究成果  74

ZnO基纳米结构的制备及其在染料敏化电池的应用

内容摘要

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