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面向太阳电池光阳极的氧化锌纳米结构—制备与性能

作　者: 解洋
导　师: 杜希文
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 水热法 不同形貌ZnO结构 上花下管 纳米线
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


染料敏化太阳能电池作为新一代的太阳能电池已经引起了科学界的广泛关注,光阳极材料的研究自然成为热点,而作为TiO2最佳的替代材料ZnO,有着与TiO2相似的禁带宽度,但其相对介电常数更小,电子迁移速度更快,而且容易制备成多种形貌,成为光阳极研究的重点。本文利用水热法以及电化学刻蚀法,在低温的条件下成功的制备出了不同形貌的ZnO结构,这些结构有:纳米线、纳米块、纳米管、上花下管结构、复杂结构。ZnO纳米线得到是由于原料HMT在纳米线侧面的不断吸附;而随着反应溶液浓度的增大,纳米线变长变粗,簇拥成纳米块;纳米管是EDA水解产生的OH-对纳米块沿极面向下刻蚀得到的;上花下管则是由于HMT在高温下水解的大量OH-不均匀刻蚀的结果;随着温度继续升高,时间继续增长,这种刻蚀更加不均匀,出现部分花状,部分管状,部分裸露的复杂结构。为了研究不同形貌的ZnO结构的性能,本文又进行了电池性能测试、解吸附测试和电化学阻抗谱测试。测试结果表明而纳米线尽管染料吸附量较小,效率较低,但是有着最大的染料利用率和最小的电子传输电阻;上花下管的结构展现了最高的电池效率,因为它有最大的染料吸附量和较小的传输电阻;纳米块和纳米管阻抗很大,吸附染料较少,效率很低;而复杂结构尽管染料吸附量较大,但是其出现了短路问题,电池效率很低。因此说,上花下管结构是最合适的ZnO光阳极结构,而纳米线是一个非常有研究潜力的结构。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-28
  1.1 引言  7-8
  1.2 太阳能电池的分类  8-13
    1.2.1 硅基太阳能电池  8-11
    1.2.3 多元化合物薄膜太阳能电池  11-12
    1.2.4 聚合物太阳能电池  12
    1.2.5 染料敏化太阳能电池  12-13
  1.3 染料敏化太阳能电池的基本结构及工作原理  13-21
    1.3.1 染料敏化太阳能电池的基本结构  13-19
    1.3.2 染料敏化太阳能电池原理  19-21
  1.4 光阳极材料ZnO研究现状  21-27
    1.4.1 ZnO基本性质简介  21-22
    1.4.2 ZnO制备方法及其形貌  22-25
    1.4.3 ZnO应用情况  25-27
  1.5 本课题的研究思路及创新之处  27-28
第二章 试验原料、设备及装置  28-35
  2.1 试验原料  28-29
  2.2 试验装置  29-32
    2.2.1 超声波清洗器(SK2200LH)  29
    2.2.2 SZ-93 自动双重纯水蒸馏器  29
    2.2.3 METTLER AE 240 分析天平  29-30
    2.2.4 拉膜机  30
    2.2.5 电热鼓风干燥箱  30
    2.2.6 85-2 型恒温磁力搅拌器  30
    2.2.7 WYK-302 直流稳压电源  30-31
    2.2.8 马弗炉  31
    2.2.9 进行生长以及进行刻蚀的反应装置  31-32
  2.3 表征手段  32-35
    2.3.1 微观结构分析（TEM）  32
    2.3.2 结晶相分析（XRD）  32
    2.3.3 表面形貌表征（SEM）  32-33
    2.3.4 紫外－可见分光光度计（UV-1901）  33
    2.3.5 电化学阻抗谱分析（EIS）  33
    2.3.6 太阳能电池效率测试  33-35
第三章 不同形貌ZnO光阳极材料的制备  35-50
  3.1 制备方法  35-37
    3.1.1 玻璃片切割与清洗  35
    3.1.2 种子层生长  35-36
    3.1.3 不同形貌的ZnO纳米结构的生长  36-37
  3.2 实验设计  37
  3.3 实验结果表征  37-48
    3.3.1 ZnO结构表征  37-40
    3.3.2 不同形貌ZnO纳米结构的SEM表征  40-48
  3.4 本章小结  48-50
第四章 不同形貌ZnO结构的性能对比与选择  50-60
  4.1 实验方法  50-52
    4.1.1 电池的组装及性能测试  50-51
    4.1.2 解吸附测试  51
    4.1.3 电化学阻抗谱测试  51-52
  4.2 实验设计  52
  4.3 测试结果表征  52-58
    4.3.1 吸收测试  52-53
    4.3.2 解吸附测试  53-55
    4.3.3 电池性能测试  55-56
    4.3.4 电化学阻抗谱测试  56-58
  4.4 光阳极对比选择  58-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章 本文结论  60-61
参考文献  61-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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