氧化锌纳米棒阵列的制备及其作为染料敏化太阳能电池阳极的性能研究

【摘要】：作为一种重要的纳米结构，氧化锌纳米棒阵列结构具有很大的比表面积和量子尺寸效应，具有独特的光、电、磁及化学性质，在染料敏化太阳能电池中具有潜在的应用价值。但目前用于制备氧化锌纳米棒阵列结构的方法大多较复杂，步骤较多，且需要辅助试剂、生长基底昂贵、成本较高，而得到的氧化锌纳米棒阵列的长度也往往有限，限制了其应用。鉴于此，本文尝试采用简单的一步法在锌片基底上制备多层氧化锌纳米棒阵列及类似形貌；通过研究碱性溶液中锌片表面的腐蚀和氧化锌生长过程，期望构造生长方向可控、比表面积大的氧化锌阵列结构，并研究其作为染料敏化太阳能电池光阳极的性能。本文主要研究内容和结果如下： 1、利用简单的溶液法对基底锌片进行腐蚀，得到具有大比表面积的立体镂空结构，进而以其为基底生长氧化锌纳米棒阵列，得到大比表面积的氧化锌纳米棒阵列。采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）分析了产物的晶体结构和显微形貌，并测定了其作为染料敏化太阳能电池阳极的性能。结果表明，制备的氧化锌纳米棒阵列的开路电压为0.49V，短路电流密度为3.59mA/cm2，填充因子为32.16%，光电转化效率为0.56%。 2、采用简单的溶液化学法，在乙二胺辅助作用下在锌基底上制备了多层氧化锌纳米棒阵列，考察了基底溶液浓度、pH、反应温度、反应时间等对纳米棒阵列生长的影响。采用XRD和SEM分析了产物的晶体结构和显微形貌，并测定了其染料敏化太阳能电池性能。结果表明，提高温度和基底溶液浓度有利于氧化锌纳米棒的生长，而提高pH值则有利于多层结构的生成。得到的多层氧化锌纳米棒阵列规整，纳米棒尺寸均匀、比表面积大，其开路电压为0.62V，短路电流密度为1.82mA/cm2，填充因子为27.56%，光电转化效率为0.31%（该值同相关文献报道值相比略低，具体原因有待于进一步探索）。 【关键词】：氧化锌 纳米棒阵列 染料敏化太阳能电池 阳极
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O614.241;TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-36
• 1.1 引言10
• 1.2 氧化锌的结构和性质10-13
• 1.2.1 氧化锌的晶体结构10-11
• 1.2.2 氧化锌纳米晶的晶体缺陷11-12
• 1.2.3 氧化锌的基本性质12-13
• 1.3 氧化锌的功能特性及应用13-15
• 1.3.1 光学性能13-14
• 1.3.2 电学特性14
• 1.3.3 光催化性能14-15
• 1.4 氧化锌的不同形貌及制备方法15-16
• 1.5 氧化锌纳米棒阵列16-26
• 1.5.1 氧化锌纳米棒阵列的制备方法16-20
• 1.5.2 氧化锌纳米棒阵列的应用20-25
• 1.5.3 ZnO 纳米阵列结构的研究发展25-26
• 1.6 本论文选题依据及主要工作26-29
• 1.6.1 选题依据26-27
• 1.6.2 工作基础27-28
• 1.6.3 研究内容28-29
• 参考文献29-36
• 第二章 多元胺溶液中锌片的腐蚀研究36-52
• 2.1 引言36
• 2.2 实验试剂及实验仪器36-37
• 2.2.1 实验试剂36-37
• 2.2.2 实验仪器37
• 2.3 锌片腐蚀的优化条件及机理探究37-41
• 2.3.1 实验过程37-38
• 2.3.2 表征38-39
• 2.3.3 腐蚀机理探究39-41
• 2.4 各种反应因素对腐蚀的影响探究41-45
• 2.4.1 不同胺类对锌片的腐蚀情况研究对比41-42
• 2.4.2 温度对锌片腐蚀的影响42-43
• 2.4.3 pH 对锌片腐蚀的影响43-44
• 2.4.4 不同多元胺的腐蚀规律44-45
• 2.5 氧化锌纳米棒的生长45-49
• 2.5.1 腐蚀后直接生长氧化锌纳米棒45-47
• 2.5.2 预处理后生长氧化锌纳米棒47-49
• 2.6 室温光致发光性能49-50
• 2.7 总结50-51
• 参考文献51-52
• 第三章 多层氧化锌纳米阵列的制备52-78
• 3.1 引言52-53
• 3.2 实验试剂与仪器53
• 3.2.1 实验试剂53
• 3.2.2 实验仪器53
• 3.3 多层氧化锌纳米棒的制备53-57
• 3.3.1 实验部分53-54
• 3.3.2 表征54-57
• 3.4 用电化学方法研究多层阵列的生长机制57-59
• 3.4.1 用两电极体系监测开路电位—时间曲线57-58
• 3.4.2 用三电极体系监测阳极极化曲线58-59
• 3.5 探究多层氧化锌阵列生长的影响因素59-73
• 3.5.1 基底溶液浓度的影响探究59-61
• 3.5.2 乙二胺量的影响探究61-62
• 3.5.3 反应温度的影响探究62-63
• 3.5.4 反应时间的影响探究63-64
• 3.5.5 基底溶液溶氧量对氧化锌纳米阵列生长的影响64-68
• 3.5.6 尝试不同的胺类68-70
• 3.5.7 复合几种反应条件，中间转换反应条件70-72
• 3.5.8 各因素的影响规律72-73
• 3.6 室温光致发光性能73
• 3.7 总结73-75
• 参考文献75-78
• 第四章 氧化锌阵列的染料敏化太阳能电池性能测试78-86
• 4.1 引言78-79
• 4.2 实验部分79-80
• 4.2.1 氧化锌纳米棒阵列的制备79-80
• 4.2.2 染料敏化太阳能电池的制备80
• 4.3 性能测试80-83
• 4.4 总结83-84
• 参考文献84-86
• 第五章 总结与展望86-88
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文88-90
• 致谢90-91

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

MOCVD方法生长的氧化锌薄膜及其发光特性    傅竹西,林碧霞,祝杰,贾云波,刘丽萍,彭小滔

ZnO纳米阵列和非极性薄膜的制备及性能研究    韩祥云

氧分压对纳米ZnO薄膜光致发光特性的影响    薛华;张国恒;张浩;

自催化方式制备ZnO纳米线及光致发光特性    唐斌;邓宏;税正伟;张强;谌贵辉;

氧化锌材料的研究与进展    杨丽萍;刘锋; 韩焕鹏;

ITO薄膜的光学性能研究    王敏,蒙继龙,陈明光

ZnO纳米棒阵列的可控生长与表征    魏琳;张光华;李康;焦军;陈延学;

衬底温度对Mg_(0.1)Zn_(0.9)O薄膜结构及光学性能的影响    郭瑞;李东临;王怡;武光明;邢光建;

化学溶液沉积法制备ZnO纳米棒阵列及其光学性能    王海锋;王树林;蹇敦亮;丁浩冉;陈海燕;

ZnO薄膜的光致发光    马勇,王万录,廖克俊,吕建伟,孙晓楠

衬底温度对低功率直流磁控溅射ZnO薄膜特性的影响    蔡利霞;马书懿;李伟;李锡森;李勇;

Sn掺杂ZnO纳米带的制备及其光致发光性能研究    郭佳林;常永勤;王明文;陆映东;龙毅;

ZnO薄膜制备及性质研究    马勇

低维ZnO材料的外场制备、结构与性能研究    王琳

ZnO薄膜的常压MOCVD生长及掺杂研究    戴江南

ZnO压电薄膜谐振器及BYFO多铁体研究    言智

激光制备氧化锌纳米材料及其激光辐照效应研究    赵艳

木材结构分级多孔氧化物制备、表征及其功能特性研究    刘兆婷

ZnO和TiO_2微纳结构阵列的制备、表征及电化学生物传感性能研究    李倩

ZnO物理性能的尺寸、温度、压强和多场耦合效应    李建伟

氧化钨和氧化锌功能薄膜材料及其器件应用研究    庞华锋

闭环两相层合磁电材料的磁电效应    杜兆富

适合声表面波谐振器的ZnO薄膜研究    徐寅

Al~（3+）掺杂抗静电改性ZnO颜料制备及其质子辐照效应    吕金鹏

Al掺杂浓度、衬底和退火时间对ZnO薄膜特性的影响    孟军霞

ZnO缓冲层对玻璃衬底上的Mg_xZn_(1-x)O薄膜光学特性影响的研究    孙智

射频溅射制备ZnO:Al透明导电薄膜及性能研究    苏伟涛

L-MBE法制备ZnO薄膜及ZnO-TFT器件研究    张新安

ZnO多晶薄膜和纳米粉末的制备及表征    张小庆

MOCVD法生长ZnO晶体薄膜及p型掺杂研究    周婷

准一维纳米氧化锌的制备及其光学特性的研究    曹志峰

ZnO薄膜生长初期形貌以及ZnO基薄膜的光学性质    闫益

表面活性剂对氧化锌纳米棒形貌的影响与机理(英文)    任柳峰;钟敏;王翰;代莹莹;林坚;朱文梅;张磊;葛洪良;韩高荣;

氧化锌纳米棒的低温水溶液化学制备研究    许磊;蔡洪涛;张天杰;

Zn2+浓度对氧化锌纳米棒的影响    胡明;

基于ZnO纳米结构的H_2、NH_3气体敏感性研究    魏昂;高志强;

醇热法制备ZnO纳米棒及其发光性能    景晓燕;匡巍巍;刘婧媛;于方;

室温固相法合成ZnO纳米棒及其光学特性    张月;高艳阳;

水热法制备氧化锌纳米棒    吕伟;吴莉莉;朱红梅;魏慧英;吴佑实;

水热合成法制备纳米氧化锌粉    王艳香;孙健;范学运;余熙;

氧化锌纳米棒微结构光电极的制备    管杰;王湘艳;田志鹏;张继远;于涛;于振涛;邹志刚;

一维氧化锌纳米棒制备技术的最新研究进展    施利毅;马书蕊;冯欣;王少飞;

聚乙烯醇为助剂水热法制备氧化锌纳米棒    魏峰;张志焜;

超临界流体中氧化锌纳米棒的制备研究    安贵民;丁昆仑;苗镇江;谢芸;陶然婷;刘志敏;

花状ZnO的水热合成与表征    尚亚卓;刘洪来;夏军保;胡英;徐铸德;

超声-微波法合成花状—维纳米氧化锌及其机理研究    宿新泰;肖峰;骆建敏;孙庆军;赵华;王吉德;

热等离子体制备过渡金属掺杂的氧化锌纳米棒    胡鹏;袁方利;李晋林;陈运法;

氧化锌纳米棒的自组装制备及光谱特性    侯鲲;高子伟;孙华明;韩肖慧;

化学气相沉积制备硅纳米棒阵列    周炽炜;蔡克峰;

氧化锡空心球/氧化钛纳米棒阵列异质复合电极薄膜的制备与性能    马春荣;顾锋;任翔;景世龙;邵玮;李春忠;

化学气相沉积法无催化制备定向生长硅纳米棒    刘祖琴;唐东升;邹小平;李玉宝;周维亚;王刚;解思深;

TiO_2纳米棒的制备与结构表征    马淑芳;梁建;孙彩云;许并社;

美利用新技术获得树枝状晶体纳米棒    毛黎

蓝宝石衬底氧化锌二极管室温电致发光技术通过验收    晓荪

日公司开发出氧化锌系靶材    杨晓婵

高邑氧化锌产业“聚变”升级    记者 张建平　通讯员 宋玉宁 张现民 李更雷

成县利用工业废渣办项目    通讯员 姚旭东唐宏彬

广西冶金研究院 氧化锌收尘技术装置试产成功    陈均宁

钴绿将使电脑即开即用    记者　 毛黎

做氧化锌行业的领跑者    姜小毛

江永冶金产业“体内循环”一举两得    莫胜

应对原材料大幅涨价 铅铬颜料采取提价对策    石英

氧化锌微纳结构的生长及其压电器件研究    邱宇

金纳米棒—适配子耦联物的研制及其在体内外肿瘤热疗中的应用研究    杨淑华

硅基材料的制备、表征及其储锂性能研究    王德生

微纳光纤—金纳米棒复合结构：微纳尺度“光子—表面等离激元”研究新平台    王攀

基于金纳米棒的生物传感与癌症的光热治疗研究    王健

CdS纳米晶的分子簇直接热解法制备及其结构与性能    李志国

微/纳米结构增强GaN基LED器件光取出效率的研究    戴科辉

金纳米红外光敏与稀土上转换荧光材料光学性质与生物应用    汪静

纳米氧化钛光阳极材料控制合成与薄膜结构优化    姜军

一维半导体纳米材料制备、性能及辐射探测器件研究    李莹滢

氧化锌纳米棒/管阵列的湿化学法制备与表征    王跃文

PEG和共掺杂对ZnCoO薄膜结构和性能的影响研究    李敏

Ag/N共改性TiO_2中空纳米棒阵列的制备及光催化性能    吴敏

水热法合成Ⅱ-Ⅵ族氧硫化物的纳米结构及其光学性能研究    魏峰

离子液体中Ⅰ-ⅡB族纳/微米材料的制备    陈楚艳

ZnO花束状晶须及纳米棒的制备与形貌控制    刘长友

金纳米棒在Au（111）表面的分散及其STM诱导发光初探    何伟臻

ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的改善研究    王大伟

氧化锌纳米棒阵列的制备及其作为染料敏化太阳能电池阳极的性能研究    王谢焕

特殊形貌纳米材料的低热固相化学合成及其表征    曹亚丽