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基于氧化锌纳米棒阵列染料敏化太阳能电池)整篇论文翻译
(基于氧化锌纳米棒阵列染料敏化太阳能电池)整篇论文翻译
基于氧化锌纳米棒阵列染料敏化太阳能电池
Patcharee Charoensirithavorn and Susumu Yoshikawa*
先进能源,京都大学,京都,宇治,611-0011协会,日本
摘要:ZnO纳米棒的阵列被用在制造氟掺杂的SnO2透明导电氧化物(FTO)的玻璃基板和使用它们作为染料敏化太阳能电池中的宽带隙半导体。我们的目标是介绍和展示在半导体结构设计上新的可能性。这个单元结构的最佳性能产生的开路电压为为0.64mV,短路电流密度(Jsc)为5.37mA/cm2,填充因子(FF)为0.49,转换效率(η)为1.69%,尤其是它受纳米棒阵列的表面面积的限制。
关键词:氧化锌,纳米棒阵列,染料敏化太阳能电池,高比表面积,一维
引言
太阳能电池是本世纪最有前途的可再生能源技术,因为它有可能解决环境问题和能源不足的问题。正在以无机半导体为研究对象的染料敏化太阳能电池(DSSC)作为一种新型的太阳能电池,以其低的成本有望替代作为传统的固态装置。在DSSC电池性能上的一个重要限制因素是电子传输。在其光电极的往返移动中,电子估计跨越103至106纳米粒子[1]。纳米颗粒膜的无序结构导致的自由电子的散射增强,从而降低了电子迁移率,特别是使电子重组在晶粒边界中的纳米颗粒之间[2]。所述纳米颗粒薄膜的与面向单晶纳米棒的阵列替换导致了更高的光效率,提供了改进的电子传输的潜力。由纳米棒提供的通路保证载流子的快速收集,整个生成该装置为纳米棒提供从光生的点到导电基材的直接路径。这项大大降低了由于较少晶粒的边界负责运输过程中的光生电荷载流子的电子重组损失。此外,该结晶棒电子传输的几个幅度更快的序列,预计是比渗滤快随机的通过多晶网络[3]。
在这项研究中,我们已经制成了透明的氟掺杂的氧化锌纳米棒阵列上的SnO2透明导电氧化物(FTO)的玻璃基板,并用它们作为染料敏化太阳能电池中的宽带隙半导体。
方法
2.1综合
ZnO纳米棒阵列是化学合成的FTO衬底。该过程包括两个步骤,首先,乙酸锌溶液通过旋涂滴到基板,然后将基板干燥并退火,为了在衬底上形成纳米晶体种子。其次,将来自纳米晶体种子的垂直ZnO纳米棒的阵列浸入在含有籽晶基的Zn(NO3)2的前驱体溶液中,也同时浸入在不同生长时间间隔的110℃的0.80M氢氧化钠溶液中。
2.2表征
样品的晶体结构,通过X射线衍射(XRD,RIGAKU RINT 2100)进行评价。所制备材料的微观结构是由扫描电子显微镜(SEM,JEOL JSM-6500FE)进行分析。
2.3染料敏化太阳能电池的测量
将ZnO电极浸泡在0.3毫钌(Ⅱ)叔丁醇(称为N719,Solaronix公司)/乙腈(1:1,体积%)的染料溶液中。电极用乙腈洗涤,干燥,并立即用于测量光伏特性。电解质组成为0.6M的二甲基丙基碘化物,0.1M碘化锂(LII),0.05M的碘(I2),和0.5M4-叔丁基吡啶的乙腈。
3.结果与讨论[4]
3.1表征结果
图1给出了生长在FTO基板上的ZnO纳米棒阵列的典型SEM图像。低倍率的显微图像(A,C)给出了在衬底上大面积均匀生长的有序排列的高密度ZnO纳米棒。从高倍率显微图像(D)中,可以看出,具有良好定义的六边形小平面高密度ZnO纳米棒均垂直生长在衬底上。该纳米棒阵列的剖面图(B)证明的ZnO从衬底上垂直生长。在这项工作中,晶片规模生长ZnO纳米棒暗示我们的方法适用于大量生产井对齐的ZnO纳米棒的阵列。
图1.ZnO纳米棒的SEM图像上生长的FTO基板(A)的倾斜视图,(B)的侧视图,(C)在低放大倍数的主视图,(D)的主视图,在高倍率的显微图像下。
采用XRD所生长的ZnO纳米棒的结晶进行了研究。一个典型的X射线衍射图案在图2中体现,纤锌矿ZnO的(002)面的峰的强度均显着强、其他晶体的衍射峰面消失或非常弱,揭示ZnO纳米棒是通过沿着c轴延伸以形成垂直基板。
此外,我们还发现,氧化锌纳米棒的长度可以通过控制反应时间随意修改。该纳米棒长度从2.6提高到4.0和5.1微米时,反应时间分别从1增加到2和4小时。通过多步的增长,当总反应时间为18小时时,纳米棒的长度可增大到10.8微米。
图2,FTO衬底的XRD模式和ZnO纳米棒阵列FTO模式
3.2染料敏化太阳能电池特性
图3显示了N719染料吸附到不同厚度的ZnO纳米棒阵列的吸收光谱。具有相同的最大值所有样品在308,377和511nm。随薄膜厚度的减小,对N719的吸收峰的强度逐渐降低,这表明较少的染料被吸附到薄膜上较薄的的地
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