染料敏化纳米ZnO薄膜太阳电池机理初探-中科院合肥研究院图书馆.PDF

维普资讯 第 54卷 第 1期 2005年 1月 物 理 学 报 Vo1．54，No．1，January，2005 1000．329012005154(01)／0053-05 ACTA PHYSICA SINICA @2005Chin．Phys．Soc． 染料敏化纳米 ZnO薄膜太阳电池机理初探* 曾隆月’戴松元) 王孔嘉’史成武 ’孔凡太’胡林华’潘 旭’ 一’(中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031) ’(合肥工业大学，合肥 230009) (2004年2月 13日收到；2OO4年4月 12日收到修改稿) 讨论利用ZnO代替 Ti作为光阳极制作染料敏化薄膜太阳电池的可行性．使用LSV法，IR光谱和uV-vis光谱 探讨了电池的工作机理和性能，并与染料敏化纳米TiO薄膜太阳电池作了比较 ．结果发现ZnO薄膜表面与染料的 吸附键合力太弱是导致ZnO太阳电池效率低下的主要原因． 关键词：纳米ZnO，太阳电池，染料敏化，量子效率 PACe：2852F，8630J，8250C 电子在ZnO中有较大的迁移率 ，有望减小电子在 1．引 言 薄膜中的传输时间，且纳米ZnO的制备要比TiO简 单得多，可以进一步降低电池成本． 自从 1991年Gr-aztel等报道染料敏化纳米多孔 早在 1994年Redmond和Graztel等就报道了效 TiO薄膜制成 的太 阳电池 (TiO 电池)效率达到 率为0．4％的染料敏化纳米多孔 ZnO薄膜太阳电池 7．1％以来…，世界各国科学家对它进行了广泛的研 (ZnO电池) ．此后，ZnO电池逐渐引起了人们的 究．这些研究取得了很大的进展，在 1993年，Graztel 兴趣，对它的研究有所增加 “ ．在 1997年 Beaja 等人合成了红色染料RuLX (L=2，2-bipyridine-4， 等报道了效率为 1．2％的ZnO电池 ． 4-dicarboxylate，X=CI，Br，I)，获得 了 10％的效 我们实验室使用溶胶．凝胶方法制备了纳米 率 ．在 2001年又有 了新 的突破，同样是来 自 ZnO，采用丝网印刷制备了ZnO多孔薄膜，以它作为 Graztel小组的报道：使用黑色染料 {[(cH9)N][Ru 光阳极制作了ZnO电池，电池效率达到了2．22％． (H2tcterpy)(NCS)3J，tcterpy=4，4，4-tricarboxy-2，2： 并利用红外光谱仪和紫外可见分光光度计等研究工 6，2-terpyridine}敏化 的 TiO 电池，效率达到 了 具，探讨和解释了ZnO电池效率低下的主要原因． 10．4％ [31 ． 在现阶段，人们一方面对薄膜进行优化 J，另 2．实 验 一 方面，探索其他宽禁带纳米半导体薄膜取代TiO 薄膜．在积极寻求其他可代替TiO作为光阳极的半 2．1．纳米 ZnO的制备 导体材料 中，已经有人制备 出了染料敏化纳米 F％O，，SnO和 WO，薄膜太阳电池 ，然而它们的 纳米ZnO的具体制作方法见文献 [16]或[17]， 效率与Tio2电池的相比要低很多． XRD分析表明使用此种方法制作的纳米 ZnO全为 从材料特性上看，ZnO是