纳米光伏材料的制备及光电性能研究

【摘要】：本文采用水热/溶剂热法,成功合成了具有不同形貌的低维纳米结构光伏材料,通过TEM、SEM等测试手段对产物的形貌和尺寸进行了表征；用XRD、EDS等对产物的的结构和成分构成进行了测试分析；同时,根据对实验结果和测试表征结果的分析对产物的形成机理及过程进行了推测和讨论；简要分析了制备过程中的影响因素。并用染料或g-C3N4对不同形貌的纳米ZnSe敏化得到复合光阳极,对光阳极的光电性能进行较系统研究。全文的主要结论如下： (1)采用乙二胺为溶剂,通过溶剂热法在Zn薄片上成功合成了具有很好方向性的ZnSe纳米带前驱物阵列,纳米带长约1μ m,宽约100-400nm,厚度约为1Onm。经300℃加热3h后得到结构为六方纤维矿的ZnSe纯相,且仍保持ZnSe纳米带结构的阵列。高分辨透射电镜图表明：退火前纳米带是由许多尺寸为3-4nm的纳米晶体相对有序排列组成的多晶体,经退火后,失去乙二胺小分子,晶粒之间紧密连接组成一个大的单晶体。为对乙二胺的所起作用的分析和比较,还做了以乙二胺和甲醇为混合溶剂,以及H2O为溶剂分别成功制得了ZnSe纳米线阵列和纳米颗粒。 (2)通过电化学沉积法在不同形貌ZnSe样品上沉积C3N4薄膜,制备C3N4/ZnSe复合材料。以该复合物为光阳极对其进行光电性能的测试。用粉末衍射(XRD)、傅立叶红外(IR)对聚合物C3N4/ZnSe的晶型结构、官能团进行分析。光电性能测试结果表明,g-C3N4敏化的ZnSe/Zn纳米带阵列光阳极具有最高光电转换效率为0.037%,其开路电压0.437V,短路电流密度为0.086mA/cm2。染料敏化不同形貌的ZnSe/Zn光阳极的光电性能结果也证明了其敏化的ZnSe/Zn纳米带阵列光阳极具有较好的光电性能。 (3)采用低温水热法和溶剂热法,通过制备条件的控制,成功制备CuInS2光伏材料,溶剂热法在未使用任何金属催化剂或添加剂,以加热温度为160℃,恒温24h,Cu：In：S=1：1：3,分别用乙二醇和蒸馏水为溶剂,不同的硫源：升华硫粉和硫脲,InCl3溶液的pH为2.31和1制备CulnS2光伏材料,XRD的结果表明,以乙二醇为溶剂,硫脲为硫源得到的CulnS2都具有黄铜矿结构,其生长方向都沿(112)晶面择优生长；制备的CuInS2生长具有一致性。SEM图显示以乙二醇为溶剂,硫脲为硫源制备的CuInS2为球状结构,两种方法制备的CuInS2都得到两种外形不同的球体结构,一种是表面很光滑的微球体,另一种是表面由小而轻的薄片相互连接的网状微球体。通过对后者的光电性能测试,其能量转换效率是0.53%。 【关键词】：溶剂热 硒化锌 铜铟硫 纳米光伏材料 光电性能
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O611.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 纳米材料11-12
• 1.2 光伏半导体材料12-13
• 1.2.1 太阳能13
• 1.3 太阳能电池的概况13-15
• 1.4 太阳能电池工作机理15-16
• 1.5 太阳能电池的性能参数16-18
• 1.6. 新型薄膜太阳能电池研究现状18-20
• 1.6.1 染料敏化太阳能电池18
• 1.6.2 半导体纳米晶敏化太阳能电池18-19
• 1.6.3 无机-有机异质结太阳能电池19-20
• 1.7 ZNSE纳米光伏材料20-24
• 1.7.1 ZnSe纳米光伏材料的性质20
• 1.7.2 ZnSe纳米光伏的制备及研究进展20-24
• 1.8. CUINS_2纳米光伏材料24-27
• 1.8.1 CuInS_2纳米光伏材料的性质24-25
• 1.8.2 CuINS_2半导体材料的制备及研究进展25-27
• 1.9 纳米光伏材料的表征方法及性能测试手段27-28
• 1.9.1 X-射线衍射分析27
• 1.9.2 扫描电子显微镜27-28
• 1.9.3 透射电子显微镜28
• 1.10 论文的选题思想和主要内容28-31
• 第二章 ZNSE纳米光伏材料的制备与表征31-41
• 2.1 引言31
• 2.2 ZNSE纳米带光伏材料的制备31-32
• 2.2.1 实验仪器与试剂31-32
• 2.2.2 实验过程32
• 2.3 ZNSE纳米带半导体的结构与光学性能表征32-33
• 2.4. 结果与讨论33-39
• 2.4.1 SEM分析33-34
• 2.4.2 ZnSe纳米带前驱体TEM分析34-35
• 2.4.3 退火后ZnSe纳米带的SEM、TEM和FFT分析35-36
• 2.4.4 XRD图谱分析36-37
• 2.4.5 EDS能谱分析37-38
• 2.4.6 ZnSe纳米带生长的可能机理分析38-39
• 2.5 小结39-41
• 第三章 纳米硒化锌在太阳能电池上的应用研究41-49
• 3.1 引言41
• 3.2 实验部分41-44
• 3.2.1 试剂和仪器41-42
• 3.2.2 C_3N_4敏化不同形貌纳米ZnSe光阳极的制备42
• 3.2.3 染料敏化不同形貌的纳米ZnSe光阳极的制备42-43
• 3.2.4 光阳极的表征43
• 3.2.5 光阳极光电性能的测试43-44
• 3.3 结果与讨论44-48
• 3.3.1 g-C_3N_4敏化ZnSe/Zn的XRD图谱分析44
• 3.3.2 g-C_3N_4敏化ZnSe纳米带的光阳极红外分析44-45
• 3.3.3 g-C_3N_4敏化不同形貌ZnSe的光阳极光电性能分析45-46
• 3.3.4 染料敏化不同形貌ZnSe太阳能电池光电测试性能分析46-48
• 3.4 小结48-49
• 第四章 水热及溶剂热法制备CUINS_2光伏材料及光电性能研究49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 CUINS_2光伏材料制备49-52
• 4.2.1 主要仪器与试剂49-50
• 4.2.2 实验过程50-52
• 4.3 CUINS_2光伏材料结构表征及其光电性能52-53
• 4.4 结果与讨论53-61
• 4.4.1 样品的XRD谱图分析53-56
• 4.4.2 扫描电镜(SEM)分析56-59
• 4.4.3 CuInS_2微球电极光电性能59-61
• 4.5 小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录70

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