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、隨著社會科學技術的快速發展，能源危機已經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境污染已經嚴重威脅到人類的生存和發展。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、無毒無污染等優良性能，已經成為當今研究領域中的一個熱點。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、光電轉換效率高等優點，是一種理想的光電極材料，并成為當今新能源材

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沉積法制備了高度c軸擇優取向的ZnO薄膜。并對ZnO薄膜的晶體結構和表面形貌進行了分析研究。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換性能。研究內容及結論如下：
　　(1)利用水熱法和電化學沉積法制備ZnO納米棒陣列薄膜，研究了不同工藝參數對ZnO薄膜生長的影響。結果表明，我們通過兩種方法都能得到分

3、布均勻、結晶良好、形狀規則、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)采用連續離子層吸附與反應法制備了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雙層膜復合電極的表面形貌、晶體結構和光學性質;使用太陽能電池測試系統研究了ZnO形貌、不同CdS沉積次數以及

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。結果顯示，CdS量子點為立方相結構，且完全覆蓋在納米ZnO納米棒陣列的表面。此外，隨著CdS沉積次數的增加，納米ZnO薄膜電極的光譜響應范圍從紫外區擴展到了可見光區，組裝的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率也隨之增大，當CdS沉積次數為9次或者10次時，太陽能電池的光電轉換效率達到最大。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，減少了電子與空穴復合的幾率，加速了電子的轉