氧化物阵列纳米结构的制备及其在太阳能电池中的应用

【摘要】：Zn O与Ti O2氧化物的一维垂直阵列纳米结构具有独特的物理化学性能,被广泛应用于太阳能电池的光阳极。本论文制备了Zn O纳米棒阵列及Ti O2纳米管阵列,并将它们分别应用于钙钛矿型太阳能电池和染料敏化太阳能电池,研究了它们的制备工艺对光伏性能的影响。主要研究内容如下:1.以水热法在FTO导电玻璃上制备的Zn O纳米棒阵列为光阳极,通过两步法制备有机无机杂化钙钛矿(CH3NH3Pb I3)薄膜,并对其进行结构表征,研究了Zn O纳米棒水热形成时间、钙钛矿前驱物的浓度对电池性能的影响,得到纳米棒长度为530 nm左右,Pb I2浓度为1 M时,介观结构钙钛矿太阳能电池的光电转化效率为5.8%。2.介观结构钙钛矿太阳能电池的光阳极通常是在Ti O2致密层上旋涂Ti O2、Al2O3、Zn O等纳米颗粒作为介孔层,不利于采用两步法在介孔内部形成高质量的钙钛矿薄膜以及空穴传输层的渗入。为解决这个问题,我们采用简单的水热生长法,在Ti O2致密层上生长较稀疏的Zn O纳米棒阵列代替同质致密的介孔层结构,该结构不仅改进了钙钛矿的成膜质量以及空穴层的渗入,而且这种一维异质结更利于电子空穴对的分离以及电子在阳极内的传输,从而大大提高了电池器件的短路电流密度,达到了24.5 m A/cm2,为目前报道的钙钛矿太阳能电池的最高值。这种Ti O2/Zn O一维异质结纳米结构对于设计高效率的钙钛矿太阳能电池有启发意义。3.利用二次阳极氧化法在钛片上制备Ti O2纳米管阵列,研究了不同阳极氧化时间对纳米管形貌的影响,探究了纳米管形成时间、退火气氛对染料敏化太阳能电池性能的影响。 【关键词】：ZnO纳米棒阵列 TiO2-Zn O异质结 TiO2纳米管阵列 钙钛矿型太阳能电池 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 氧化锌纳米材料概述12-17
• 1.2.1 氧化锌的基本性质12-13
• 1.2.2 氧化锌纳米棒阵列的制备方法13-15
• 1.2.3 氧化锌纳米棒阵列的应用15-17
• 1.3 二氧化钛纳米管阵列的简介17-20
• 1.3.1 二氧化钛的结构和性质17-18
• 1.3.2 二氧化钛纳米管阵列的制备方法18-20
• 1.3.3 二氧化钛纳米管阵列的应用20
• 1.4 钙钛矿太阳能电池简介20-25
• 1.4.1 钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理21-23
• 1.4.2 钙钛矿太阳能电池的发展现状23-25
• 1.5 染料敏化太阳能电池（DSSC）简介25-27
• 1.5.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理25-26
• 1.5.2 染料敏化太阳能电池的发展现状26-27
• 1.6 本论文的选题意义和研究内容27-28
• 第二章 ZnO纳米棒阵列的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用28-45
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-33
• 2.2.1 实验试剂和仪器29-30
• 2.2.2 实验步骤30-33
• 2.3 结果与讨论33-43
• 2.3.1 ZnO纳米棒阵列的表征33-36
• 2.3.2 钙钛矿甲基氨基碘化铅的表征36-38
• 2.3.3 不同长度ZnO纳米棒阵列对钙钛矿太阳能电池性能的影响38-40
• 2.3.4 不同PbI2 浓度对太阳能电池性能的影响40-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 TiO_2-ZnO异质结纳米棒的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用45-57
• 3.1 引言45
• 3.2 实验部分45-49
• 3.2.1 实验试剂和仪器45-47
• 3.2.2 实验步骤47-49
• 3.3 结果与讨论49-56
• 3.3.1 TiO_2 致密层的表征49
• 3.3.2 TiO_2-ZnO异质结纳米棒阵列的表征49-51
• 3.3.3 不同长度的TiO_2-ZnO纳米棒阵列对钙钛矿太阳能电池性能的影响51-53
• 3.3.4 CH_3NH_3PbI_3 不同退火温度对钙钛矿太阳能电池性能的影响53-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 TiO_2 纳米管阵列的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用57-69
• 4.1 引言57-58
• 4.2 实验部分58-61
• 4.2.1 实验试剂和仪器58-59
• 4.2.2 实验步骤59-61
• 4.3 结果与讨论61-67
• 4.3.1 TiO_2 纳米管阵列的表征61-63
• 4.3.2 N719 溶液的吸收光谱63-64
• 4.3.3 不同阳极氧化时间的TiO_2 纳米管阵列对染料敏化太阳能电池性能的影响64-65
• 4.3.4 不同退火条件对染料敏化太阳能电池性能的影响65-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 全文结论69-70
• 5.2 研究展望70-71
• 参考文献71-80
• 作者在攻读硕士学位期间科研成果及所获奖项80-81
• 致谢81

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