ZnO/SnO_2核壳结构染料敏化太阳能电池性能研究

文章采用水热/溶剂热法分别合成一维ZnO纳米线阵列及均匀SnO2纳米颗粒,再通过旋涂法合成了ZnO纳米线/SnO2纳米颗粒核壳复合纳米结构。在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中,与单一结构的ZnO纳米阵列或SnO2纳米颗粒光阳极相比,所合成的新型复合纳米结构的光阳极能有效地提高光电性能,短路电流、开路电压及转化效率分别为2.93mA/cm2、0.64V、0.74%。入射光光电转换效率(IPCE)、强度调制光电流谱(IMPS)及强度调制光电压谱(IMVS)的测试结果表明:SnO2纳米颗粒包裹层能增加比表面积,有利于染料的吸附;能有效地抑制ZnO与电解液界面的电子复合,提高了电子寿命。     

静电雾化技术制备大面积染料敏化太阳能电池

目的验证以静电雾化技术自动控制加工制备大面积染料敏化太阳能电池(DSSC)的可行性和优势,为大面积DSSC向工业化生产转化提供借鉴和参考.方法采用静电雾化喷射沉积的原理和技术,将其与计算机控制的精密定位装置和导轨相结合组装成自动加工平台,用以制备大面积DSSC的TiO2光阳极薄膜.结果通过扫描电子显微镜的观察表明利用静电雾化喷镀自动加工制备的TiO2薄膜表面均匀,颗粒之间结合紧密,TiO2纳米粒子相互连接构成二维网状、多微孔的结构,有利于提高光阳极对光子的捕获效率.实测数据表明组装成的并联结构大面积DSSC可获得4.21%的光电转换效率.结论利用静电雾化喷射沉积技术与计算机程序控制相结合构建成的自动加工装置制备大面积DSSC是可行的,从工艺上实现了大面积TiO2光阳极薄膜的高效率高质量自动喷涂加工.     

水热法制备Co掺杂ZnO纳米棒的及其光学性能分析

采用水热法制备了不同Co掺杂浓度的六方纤锌矿结构的ZnO纳米粉体材料,通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和(光致发光)PL谱对样品的形貌、结构、光学性能分别进行了表征和测试. XRD分析结果表明:Co掺杂并未改变纤锌矿ZnO的晶体结构;SEM可以看出随着Co掺杂浓度的增大,花状ZnO纳米棒的均匀性变差,而且不同浓度Co掺杂ZnO纳米棒中均出现了少量的且尺寸较小的单根纳米棒;而PL光谱显示样品在381 nm附近具有微弱的紫外发光峰,在位于579 nm附近具有较强的可见光发光峰.特别是Co掺杂ZnO纳米棒的紫外发光峰强度同本征样品相比没有明显的变化,而可见光发光强度同本征样品相比具有明显的下降.随着Co掺杂浓度增大,样品可见发光峰的强度先减小再增大,说明样品的结晶质量先提高再降低.当Co掺杂的浓度为2.0%时,所制备的ZnO花状纳米棒具有良好的结晶质量,具有优异的光学性能.     

低温固相反应法合成ZnO纳米晶体

乙酸锌和草酸为原料,采用低温固相反应法制备纳米了ZnO。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR),光致发光（PL)光谱对所制备的纳米ZnO进行了表征。结果表明：制备的纳米ZnO的粒径为15~25nm左右,六方晶系纤锌矿结构,形貌为类球形。研究了改变工艺条件中研磨时间和水浴温度对合成样品的结构、形貌的影响。发现随着研磨时间的延长,样品的结晶性增强。水浴温度的变化对纳米粒子的结晶性及尺寸有一定的影响。纳米氧化锌由于其对紫外线的高吸收率和可将紫外线转换为可见光而作为近紫外LED光转换材料有着潜在的应用。     

染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池(DSSC)的结构和工作原理,针对目前全世界关于染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的改性进展进行了综述. 目前,TiO₂薄膜改性手段主要包括:表面处理、离子掺杂、半导体复合、微观有序空间结构、多孔化结构、贵金属沉积等. 改性二氧化钛光阳极是为了减少阳极和染料之间的界面阻抗以提高DSSC的光电转换效率. 最后对DSSC中光阳极改性的发展趋势和应用前景做了期许和展望,提出工程设计微观有序TiO₂光阳极结构、更大程度地开发TiO₂光阳极的制膜工艺、发挥各种手段的优势互补协同作用是未来染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极改性的方向. 对TiO₂光阳极界面之间的电阻和电子传输的机理进行更深层次的研究和探讨对染料敏化太阳能电池的工业化是非常必要的.      

TiO2双层薄膜电极与背反射共构DSSC制备及表征

提出并设计制备了一种新型的染料敏化太阳能电池(DSSC)的结构.该结构是在DSSC的光阳极上通过丝网印刷技术制备由尺寸不同的纳晶粒子构成的双层纳米晶TiO2薄膜,并在DSSC对电极的背面置放一层镀银反光膜.采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线电子衍射仪(XRD)等手段分析了双层纳米晶TiO2薄膜的结构和形貌.通过实验,获得了双层纳米晶TiO2薄膜的最佳膜厚,分析了镀银反光膜的反光率.研究结果表明:在AM15、光强100mW/cm2的模拟太阳光下测试,这种新型结构的开路电压、短路电流、填充因子分别为075V,1117mA/cm2和0523;光电转换效率达到438%,比相同条件下传统的三明治型结构提高了241%.     

用于染料敏化太阳能电池的铌、氟双掺杂二氧化钛微球

为了提高染料敏化太阳能电池的性能,对其光阳极半导体材料进行了改性.用一步水热法制备了铌、氟双掺杂二氧化钛(NFT)微球,它是由多层纳米管和纳米颗粒组合在一起形成的微米级球状颗粒.这种特殊的结构使得用NFT材料制作的光阳极具有较大的表面积,有利于染料吸附.NFT的结晶性比未掺杂的二氧化钛显著增强,且结晶度随掺杂量的增加而增强,有利于提高其中的电子迁移速率并降低表面极化,因此有助于提高染料敏化电池的短路电流密度和开路电压.入射单色光子-电子转换效率(IPCE)的测试结果表明,NFT制备的电池在可见光范围内的转换效率有显著提高,在紫外波段的本征转化效率也有一定提高,电池的整体转换效率比未掺杂时提高了38%.     

无缺陷纳米晶TiO2用于染料敏化太阳电池

以P25为原料,采用水热法制备出以菱形为主的具有完整结构的无缺陷纳米晶TiO2并用于染料敏化太阳电池上。纳米晶直径为12nm左右,比表面积达到112 m2/g。与用P25制成的膜相比,用纳米晶制成的介孔膜能吸附更多的染料和具有更好的光捕获效率。用纳米晶组成的染料敏化太阳电池具有高的光电流密度和转换效率。     

Sb2S3纳米粒子敏化ZnO微纳分级结构的光电化学性能

采用电化学沉积方法,选择聚乙二醇(PEG-400)和乙二胺(EDA)为添加剂,直接在ITO导电玻璃上制备了有序阵列的ZnO纳米棒,以及ZnO纳米棒上生长纳米棒微纳分级结构。采用化学浴沉积法均匀沉积Sb2S3纳米粒子,制备了Sb2S3/ZnO纳米棒壳核结构和Sb2S3/ZnO纳米棒上生长纳米棒分级壳核结构。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、瞬态光电流等分析手段对其形貌、结构和光电化学性能进行了表征和测试。研究表明,Sb2S3/ZnO纳米棒上生长纳米棒分级壳核结构阵列膜的光电流明显高于Sb2S3/ZnO纳米棒壳核结构阵列。     

ZnO纳米棒阵列的两步法制备及其在DSCs中的应用

采用溶胶凝胶法一水热法两步工艺法制备了ZnO纳米棒阵列,研究了溶胶凝胶法制备种晶层的形貌、晶体结构、透光性能和对水热法制备ZnO阵列的遗传性,以及基于ZnO阵列光阳极DSCs的光电性能。实验结果表明：种晶层沿（002）方向择优生长,颗粒大小在50～100nm之间,其透光率随厚度的增加呈下降趋势;基于种晶层生长的ZnO阵列很好的保持了种晶的尺寸大小和结晶取向,沿（002）方向垂直生长。由此阵列作为光阳极构成的DSCs的短路电流（JSC）和填充因子（FF）较低,分别为4．70mAYcm2和0．39,从而使得转换效率（η）只有1．18％,主要原因可能是ZnO与染料的结合太弱以及对染料的吸附量太低。     

纳米Zn1-xCuxO薄膜的结构及光学性质

采用射频磁控溅射制备了不同Cu掺杂浓度的ZnO薄膜．以X射线衍射、扫描电镜等对薄膜的结构和形貌进行了表征,XRD和SEM测试结果显示Cu掺杂量为5．0at．％时,Zno9,Cu0.05O薄膜呈纳米柱状结构．同时也对薄膜的光致发光（PL）进行了研究．结果表明,406nm的发光峰源于带边自由激子电子的复合,440nm的发光峰则和薄膜中的锌间隙Zni缺陷有关．     

Ag掺杂ZnO纳米晶的发光特性

以Zn(NO3)3.6 H2O,AgNO3为原料,明胶为模板分散剂,采用凝胶模板燃烧法制备纯ZnO和ZnO∶Ag纳米晶,利用XRD,SEM,TEM和PL谱对样品的结构和性能进行了研究.结果表明∶掺杂前后产物粒子形状均为球形,结晶良好,属六方晶系结构且无杂相;Ag占据部分Zn格位或填隙位进入ZnO晶格,掺入量约为1%(摩尔分数);纯ZnO平均粒径约为40 nm,掺杂样品的平均粒径约为45 nm,Ag掺杂轻微地影响ZnO晶粒生长.PL谱显示Ag掺杂能够调整ZnO纳米晶的能带结构?提高表面态含量,进而使得ZnO:Ag纳米晶的可见发光能力显著增强.     

花棒状ZnO单晶体的生长与表征

采用表面活性剂协助自组装法合成了花棒状ZnO,利用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱和荧光光谱对该化合物的晶体结构、样品形貌、振动光谱以及发射光谱进行了表征.结果表明:ZnO在表面活性剂的存在下,形成纤锌矿型的六方结构,晶体的生长是沿c轴[001]方向定向生长,并且聚集在某一中心的晶核向三维方向定向生长形成花状形貌.该ZnO晶体的晶胞参数为a=0.324 85(6)nm,c=0.520 43(8)nm,γ=120°.在测量波长范围内ZnO的发射光谱在315,400,473和560 nm左右出现荧光,这些发射光谱的波长位置不随激发光波长的增长而变化,而散射光谱峰的波长位置随激发光的波长增加而增加.     

S引入ZnO的水热生长及其微观发光特性研究

利用单步水热法制备了纯ZnO和S引入的双棒状ZnO（S-ZnO）孪晶结构,并系统研究了掺杂对ZnO结构、形貌及荧光发光特性的影响。X射线衍射的实验结果表明,在引入S的ZnO样品中没有出现可以检测的新物相,S在样品中主要以杂质的形式存在。荧光光谱数据表明,在低温下纯ZnO样品无可见光发光,但S-ZnO样品出现了较强的绿光发光峰;室温下两个样品均出现了可见光发光：ZnO样品的发光峰位于橙光区（570 nm附近）,而S-ZnO位于绿光区（500 nm附近）。微区阴极荧光谱的数据表明,ZnO样品的橙光发光非常弱,几乎不可探测;S-ZnO样品的绿光发光则很强,要远远超过带边发光。本研究结果为进一步理解S在ZnO中引入的缺陷及其发光机理起到重要的作用,对增强ZnO的可见光发光特性进行了有益的探索。     

退火温度对ZnO/SiO_2复合薄膜结构及光学性能的影响

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法在玻璃衬底上制备ZnO/SiO2(ZSO)复合薄膜,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和光致发光(PL)谱对样品的形貌、晶体结构、透过率及光致发光性能进行表征.SEM结果表明,样品为双层结构,随着退火温度的升高,颗粒变大,并产生团聚现象;XRD结果表明,样品经退火处理后生成六方纤锌矿型ZnO,衍射峰强度和晶粒尺寸随退火温度的升高而增大;UV-Vis结果表明,样品同时具有ZnO和SiO2特征吸收边,双层复合薄膜中ZnO和SiO2两种不同材料的能带不连续导致360nm附近的曲线不平滑,并使能带蓝移,经400℃退火处理后的样品透过率较高;PL谱结果表明,在355nm波长激发下,样品分别在紫外区和蓝光区域产生发射峰,随着退火温度的升高,样品内缺陷密度减小,由缺陷引起的发光强度减弱.     

聚合物包覆的氧化锌纳米晶体的制备和表面标定

纳米晶体的性质不仅由表面原子所占的大的组分决定, 而且由晶粒表面的晶相结构决定, 因此对纳米晶体的表面的晶相结构的了解是很有必要的. 氧化锌具有独特的物理和化学性质, 所以它被认为是一种比较有应用前景的3维有序组装结构的基本构造单元. 利用胶体化学法和尺寸选择制备了4～5 nm大小的PVP包覆的氧化锌纳米晶体. 用X射线衍射(XRD), 高分辨透射电镜(HR-TEM), 选区电子衍射(SAED), 紫外可见吸收光谱(ABS)和荧光光谱(PL)对氧化锌的晶体结构和表面晶相结构进行表征, 发现氧化锌晶体是结晶     

氧对纳米ZnO薄膜晶体结构和光致发光的影响

ZnO是一种直接带半导体材料，在光电领域中和GaN一样受到关注．ZnO不仅有与GaN相似的晶体结构，而且它的激子结合能高达60meV，是GaN的2．4倍．采用射频(RF)磁控溅射法在n-Si(001)衬底上生长ZnO薄膜，XRD谱测量显示出氧压对ZnO薄膜的晶体结构有显著影响，用波长为325nm的激光激发，观察到在445nm处有一强的光致发光峰，它来自于氧空位浅施主能级上的电子跃迁到价带，分析了发光峰与氧压的关系以及退火对它的影响。     

可控多足ZnO纳米结构阵列的制备、表征及发光研究

以Zn片和H2O为前驱反应物,采用水热法在Zn片上直接腐蚀制得多足状ZnO纳米结构阵列.使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对样品结构和形貌进行表征.PL谱测试研究表明多足ZnO纳米结构阵列具有两个发射峰位,分别为379、563 nm,其中紫外发射峰位379 nm占主导地位.     

掺杂量对ZnO∶Tb复合薄膜的形貌和光学性能的影响

采用的两步法——先溅射成膜,后退火处理的工艺成功制备了ZnO:Tb复合薄膜,结合XRD、SEM、PL等手段研究了掺杂量对薄膜结构和形貌的影响.发现掺杂量为4.16%时,ZnO:Tb薄膜表面形成新奇T-A-ZnO结构以及不同直径和长度的螺纹状纳米棒;同时出现378 nm和387 nm两个较强的紫外发光峰,以及中心波长位于515 nm的强绿光峰.     

ZnCoO和ZnO纳米棒阵列的结构及发光特性

高浓度排列的ZnCoO、ZnO纳米棒在70℃下水热反应垂直生长在含ZnO薄膜涂层的玻璃上,这些阵列的形貌、结构和发光机理分别用场射扫描电子显微镜、X-ray衍射、光致发光来研究,显示出纳米棒直径为150 nm,沿着[0001]方向生长,氨水浓度和ZnO缓冲层在ZnCoO纳米棒成核和生长中起着重要的作用.用波长为325 nm的激光激发样品,测量了光致发光谱,光致发光表明PL光谱是由宽紫外光和可见光构成,并进一步观察发光谱随激发光功率密度的变化关系,对谱线强度、峰值波长进行了测量,同时对发光谱产生的机理、强度饱和值存在的原由、强度随激发光功率密度变化及紫光峰红移的起因进行了分析.