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ZnO是宽禁带半导体材料,与TiO2相比,其物理化学性能相近,导带电位相差也很小。同时由于电子在ZnO薄膜中的迁移率远大于在TiO2薄膜,减少了电子在薄膜中的传输时间。然后ZnO纳米粉体的制备工艺简单且成本低廉。ZnO的形貌比TiO2丰富得多,可以采用低温化学法制备出不同形貌的ZnO纳米粉。以上几点可以使得ZnO成为染料敏化太阳能电池(DSSC)优良的光阳极材料。然而由于ZnO会与目前常用的酸性染料N719和N3反应,形成Zn2+/染料低聚体,然而这种低聚体会填充到ZnO阳极的孔隙中,减少了染料的吸附,同时低聚络合物易聚集形成较厚的阻挡层,阻碍电子的注入,导致其光电转化效率低。因此本文研究了 ZnO与染料的相互作用,并采用具有高比表面积的分级结构ZnO纳米粉,并掺杂Li+拟提高ZnO光阳极在酸性染料中的化学稳定性以及ZnO基太阳能电池的性能。(1)ZnO与酸性染料形成低聚物影响光阳极性能,因此本文以Zn(NO3)2·6H2O和Na2CO3为原料制备出ZnO纳米粒并制备出光阳极膜,通过不同时间的浸置以及浸置不同浓度的N719染料,得到了当N719染料浓度为0.05mM浸置时间为1h时,ZnO纳米粒DSSC光电转换效率最好。(2)以醋酸锌[Zn(AC)2·2H2O]与二甘醇[C4H10O3]为原料,在160℃水浴冷凝回流制备ZnO纳米粒聚集球,研究了反应时间为2h,6h和12h对纳米粒聚集体形貌及电池性能的影响。随着反应时间的延长,组成聚集球的纳米粒子直径增加聚集球表面变得粗糙,而聚集球粒径变化不大。反应时间为6h时DSSC性能最好:开路电压为0.66V,短路电流为5.98 mA·cm-2,填充因子为0.48,电池效率为1.91%。由于随着反应时间增至6h时,ZnO粒子结晶趋于完善,加上聚集球比表面积的增大,因此6h纳米粒聚集球基DSSC光电转换效率高于2h和12h纳米粒聚集球基DSSC。(3)采用直接掺杂和反应过程中掺杂Li+两种不同工艺对ZnO粉进行掺杂,其中直接掺杂电池效率反而降低,而采用反应过程一定时间后掺杂Li+有利于电池效率的提升。在反应进行到50min掺杂0.01M Li+所得ZnO聚集球电池性能最优,其制备的光阳极膜并组装成染敏电池光电转换效率2.56%,开路电压为0.65V,短路电流为8.14mA·cm-2,填充因子为0.48,其效率比不掺杂时提高67%。(4)以Zn(NO3)2·6H2O和NaOH配成溶液,通过不同的制备工艺:直接沉淀或在超声条件下直接沉淀,研究制备工艺和Li+掺杂量对ZnO纳米片聚集体及染敏电池性能的影响。在直接沉淀和超声沉淀条件下,Li+掺杂都能有效地提高电池的性能。其中直接沉淀时,Li+电池的光电转换效率1.27%,开路电压为0.58V,短路电流为3.80mA·cm-2填充因子为0.58其效率比不掺杂时提高52%。(5)在超声沉淀条件下制备纳米片聚集球,固定Zn2+=0.1M,研究了 0.005M、0.01M、0.02M、0.04M和0.08M等五个浓度对粉和电池性能的影响。其中当浓度为0.01M、0.02M、0.04M和0.08M时,均能有效地提高电池的性能。当Li+掺杂量为0.04M时所得ZnO纳米片聚集体DSSC光电转换效率最好:开路电压为0.66V,短路电流为6.2 mA·cm-2,填充因子为0.52,光电转化率为2.14%,其效率比不掺杂时提高52%。固定Zn2+=0.2M时,在超声条件下掺杂0.04MLi+,所得ZnO纳米片聚集体DSSC光电转换效率最好:开路电压为0.62V,短路电流为4.9mA·cm2,填充因子为0.60,光电转化率为1.82%,其效率比不掺杂时提高45%。(6)在超声沉淀条件下,研究了 Zn2+为0.1M和0.2M时不同掺杂量对电池性能的影响。当Zn2+=0.1M、Li+掺杂量0.04M和Zn2+=0.2M Li+掺杂量0.04M相比,前者DSSC光电转换效率2.14%比后者1.82%要好。