ZnO微纳结构制备及其光电化学特性研究

论文摘要

本文采用热蒸发法、水热法以及各种方法相配合设计制备出各种形貌的ZnO纳米结构和微纳结构，其中包括在不同厚度的Zn膜衬底上制备出的纳米颗粒、梳状纳米结构和纳米线，在FTO上生长出球形花状微纳米结构，利用水热法和丝网印刷结合的方法制备出的复合纳米结构等等。并且对这些结构的形貌、成分、发光性能进行表征，分析得出的结果如下：1、FTO基底上的Zn膜厚度对ZnO纳米结构生长的影响及其光电化学性能FTO衬底上电镀沉积Zn膜的厚度不同，利用热蒸发法在FTO衬底上长出ZnO纳米结构的形貌也不同。Zn膜较薄时，生长出表面带有花纹的纳米颗粒，颗粒之间长有纳米丝；ZnO正等厚度时，生长出一侧是梳状的纳米薄片结构；Zn较厚时，生长出的结构以纳米棒为主，中间夹杂着纳米片，并且成分中还具有Zn杂质。2、ZnO球形颗粒和纳米阵列的复合结构及其电化学性能球形ZnO颗粒和均匀纳米阵列的复合结构与原来的纳米阵列相比，XRD衍射图谱的衍射峰尖锐度削减，说明复合结构的结晶度降低了。复合结构的发光谱经过高斯拟合后发现有两个峰，分别是紫外峰（388nm）和绿光峰（510nm）。而的纳米阵列结构图谱经过高斯拟合后只有一个绿光峰（510nm）。这是由于复合结构的缺陷增多，光散射和样品表面结构的改变等原因造成。复合结构的表面积提高，染料的吸附率增大，所以相应的光吸收提高，从而提高了染料敏化太阳能电池的光电转化效率。3、球形花状ZnO微-纳分级结构的制备及其光电化学性能采用热蒸发法在镀Zn的FTO衬底上制备出多孔的球形花状ZnO微-纳米分级结构，对产物进行了SEM、XRD、PL等测试，得出该球形花状结构是由大量极薄的片状ZnO结构叠加、环绕而成，片状之间形成多孔结构，增大了比表面积。将其作为光阳极材料制备了DSSC，获得了转换效率η=0.67%的染料敏化太阳能电池。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的基本概念及分类
• 1.3 纳米材料的基本效应
• 1.3.1 量子尺寸效应
• 1.3.2 小尺寸效应
• 1.3.3 表面效应
• 1.3.4 量子隧穿效应
• 1.3.5 库仑堵塞效应
• 1.4 染料敏化太阳能电池的光电化学性能
• 1.4.1 光生电子的产生和转移
• 1.4.2 电子传输和电场分布
• 1.4.3 染料敏化太阳能电池的原理
• 1.5 纳米材料的生长机制和制备
• 1.5.1 气相法制备纳米材料
• 1.5.2 液相法制备纳米材料
• 1.5.3 固相法制备纳米材料
• 1.6 纳米材料的应用
• 1.6.1 纳米材料在电子、光学器件方面的应用
• 1.6.2 纳米材料在磁学器件方面的应用
• 1.6.3 纳米材料在化工方面的应用
• 1.6.4 纳米材料在医学、生物方面的应用
• 1.7 本论文的选题背景和研究内容
• 第二章 实验装置以及表征方法
• 2.1 实验装置介绍
• 2.2 实验操作基本步骤
• 2.3 表征方法简介
• 2.3.1 场发射扫描电子显微镜
• 2.3.2 X 射线衍射谱
• 2.3.3 发光性能分析
• 2.3.4 染料敏化太阳能电池的测试
• 第三章 FTO 基底上的 Zn 膜厚度对 ZnO 纳米结构生长的影响及其性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 FTO 衬底的前期准备
• 3.2.2 纳米结构的制备
• 3.2.3 染料敏化太阳能电池的组装
• 3.2.4 测试方法
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 样品的相貌分析
• 3.3.2 样品的成分分析
• 3.3.3 FTO 衬底上 Zn 膜厚度对产物结构的影响
• 3.3.4 样品的发光性能分析
• 3.3.5 样品的光电化学性能
• 3.4 总结
• 第四章 ZnO 球形颗粒和纳米阵列的复合结构及其电化学性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 纳米阵列的制备
• 4.2.2 球形 ZnO 纳米颗粒的制备
• 4.2.3 球形 ZnO 纳米结构和 ZnO 纳米阵列的复合
• 4.2.4 染料敏化太阳能电池的组装
• 4.2.5 测试方法
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 样品的形貌分析
• 4.3.2 样品的成分分析
• 4.3.3 两个样品的荧光发射特征的对比
• 4.3.4 紫外-可见吸收光谱的对比
• 4.3.5 两个结构的光电化学性能的比较
• 4.4 总结
• 第五章 球形花状 ZnO 微-纳分级结构的制备及其光电化学性能
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 在 FTO 衬底上镀 Zn 膜
• 5.2.2 ZnO 微-纳米结构的气相生长
• 5.2.3 染料敏化太阳能电池的组装
• 5.2.4 测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 形貌和成分的分析
• 5.3.2 形成机理分析
• 5.3.3 ZnO 微纳结构的 I-V 性能表征分析
• 5.4 总结
• 第六章 结论及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文