cds納米晶敏化zno陣列的制備及其性能研究

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1、CdS納米晶敏化ZnO陣列的制備及其性能研究摘要：無機(jī)納米半導(dǎo)體材料制備方法簡單廉價,且由于其特殊的尺寸效應(yīng)及其較大的消光系數(shù),成為一種可取代有機(jī)染料分子的光敏材料。本論文中,我們分別制備了CdS,敏化ZnO納米棒陣列薄膜電極,并研究了復(fù)合電極的光電化學(xué)性能。關(guān)鍵詞：ZnO納米棒陣列，染料敏化，ZnO致密膜，核殼結(jié)構(gòu)1.引言染料敏化納米晶太陽能電池(簡稱:DSSCs電池)從1991年被提出以來,就一直受到人們的廣泛關(guān)注。目前,DSSC電池的轉(zhuǎn)換效率己經(jīng)超過了10%,由于它的高轉(zhuǎn)換效率,近些年引起了科學(xué)家們的極大興趣。然而

2、,DSSC也存在很多難以解決的問題:1.染料性質(zhì)不穩(wěn)定,在高溫及光照下易分解;2.染料在電解液中易脫落;3.染料價格昂貴,難以制得?；贒SSCs的這些問題,研究人員提出了無機(jī)半導(dǎo)體敏化太陽能電池的概念,它與DSSCs太陽能電池的工作原理相同,只是采用無機(jī)半導(dǎo)體做吸光材料,避免了染料不穩(wěn)定，制備復(fù)雜等缺點(diǎn),成為目前太陽能電池的研究熱點(diǎn)。在敏化電池中,采用合適的n型材料對電池的性能起著至關(guān)重要的作用。一維ZnO納米棒陣列由于它良好的光電化學(xué)性質(zhì)常被用于太陽能電池中,ZnO納米棒陣列為光生電子傳遞到導(dǎo)電基底提供了一條直接的路

3、徑,且其具有較大的表面積,增加太陽光的捕獲,從而提高轉(zhuǎn)換效率"制備ZnO陣列的方法有很多種,如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法、熱蒸發(fā)法、電化學(xué)沉積法、溶液沉淀法以及模板生長法等,這些方法所需要的條件都非常嚴(yán)格,甚至還需要選用催化劑來合成納米棒。相比于這些方法,水熱法合成ZnO納米棒陣列所需要的試劑便宜,所需的溫度較低,是一種很好的制備ZnO陣列的辦法。CdS是一種重要II一IV族無機(jī)半導(dǎo)體材料。納米CdS具有獨(dú)特的光電性能及顯著的量子尺寸效應(yīng),因而在生物探針、太陽能電池、光催化及其他光電子元器件等方面有著廣泛的用途。CdS的帶隙

4、為2.4eV,在可見光區(qū)具有優(yōu)良的光學(xué)吸收性能,因此被廣泛的應(yīng)用于薄膜太陽能電池及敏化太陽能電池的研究"將CdS制成薄膜的方法很多,如物理氣相沉積(PVD)、金屬有機(jī)物氣相沉積(MOCVD)、封閉空間升華一凝華法(Css)、化學(xué)水浴法(CBD)、絲網(wǎng)印刷法(SP)、化學(xué)氣相輸運(yùn)法(CVTG)和電沉積法(ED).其中化學(xué)浴應(yīng)用最廣泛的,具有可控性好、均勻性好、成本低等特點(diǎn)。我們先用水熱法制備了取向良好的ZnO納米棒陣列,然后采用化學(xué)浴方法沉積CdS納米顆粒于ZnO陣列膜上,形成ZnO@CdS核殼結(jié)構(gòu)膜。在三電極體系下測試光

5、電化學(xué)性能,比較了ZnO陣列膜、CdS顆粒膜、CdS敏化ZnO納米陣列膜作為電極時的光電化學(xué)性能;同時研究了CdS敏化不同形貌ZnO膜電極的光電性能;通過優(yōu)化CDS的沉積時間,得到性能最優(yōu)的ZnO@CdS核殼電極,并分析了影響無機(jī)半導(dǎo)體敏化電池性能的因素,為CdS敏化電池的研究奠定了基礎(chǔ)。2實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)藥品和儀器1.醋酸鋅(A:R):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;2.硝酸鋅(A.R.):天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;3.二乙醇胺(A:R)武漢聯(lián)堿廠;4.六亞甲基四胺(A.R.):天津是縱橫興工貿(mào)有限化工試劑;5.無水乙

6、醇(A.R.):上海振興化工廠;6.濃氨水(A.R.):武漢聯(lián)堿廠;7.氯化錫(A.R.):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;8.氫氧化鉀(A:R):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;9.硝酸銨(A.R.):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;10.硫酸鈉(A.R.):上海統(tǒng)亞化工科技發(fā)展有限公司;11.硫脈(A.R)國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;12.鉑片電極和飽和Ag/AgCI電極:上海辰華儀器公司;13.透明導(dǎo)電玻璃(TCO,普通玻璃表面鍍有一層摻F的SnO2導(dǎo)電層,電阻為10?),日本Asahi公司;14.Potentiosta燈Galvan

7、ostatModel263A電化學(xué)分析儀:美國PrineetonResearehinstitute;15.BS-2005型電子分析天平:北京賽多利斯天平有限公司;16.太陽光模擬器:美國oriel公司;17.KQ2200DB型臺式超聲波清洗儀:昆山超聲儀器有限公司;18.78HW-1型磁力攪拌器:江蘇榮華儀器制造有限公司;19.KSW-SD-12型馬弗爐:武漢市江漢特種電爐廠;20.SC-1SB數(shù)控超級恒溫槽:寧波天恒儀器廠;21.程序升溫爐:自行設(shè)計2.2.制備方法1.ZnO致密膜的制備:將醋酸鋅與二乙醇胺以5:6(摩

8、爾比)溶于無水乙醇中,60℃恒溫攪拌30min,得到無色透明膠體。將TCO玻片洗凈后,用提拉機(jī)在上述膠體中提拉(約24cm/min),室溫下晾干,再將其至于馬弗爐中,500℃退火30min,冷卻至室溫,即在導(dǎo)電玻璃上得到一層致密、均勻的ZnO膜,粒徑約10nm。氧化鋅顆粒膜電極也是用同樣的方法,提拉多次而得到。2.Z