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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

作　者: 王谢焕
导　师: 张经纬
学　校: 河南大学
专　业: 物理化学
关键词: 氧化锌纳米棒阵列染料敏化太阳能电池阳极
分类号: O614.241
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

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）。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
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

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

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