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毕业设计 染料敏化太阳电池中新型光阳极的研究，共45页，19306字
摘要
随着经济的发展，太阳能作为新能源，得到了广泛的重视。目前各种新型太阳电池的研究工作紧紧围绕如何提高光电转换效率和降低生产成本展开。染料敏化太阳电池（DSSC）是光电化学太阳电池，染料敏化纳米晶TiO2薄膜太阳电池是利用TiO2纳米晶薄膜吸附染料作为敏化剂而制备的一种新型太阳电池。然而，在TiO2薄膜中存在着大量的表面态，束缚了电子在薄膜中的运动，使得电子在TiO2薄膜中传输的时间增长。因此，需要探索其它半导体材料以取代TiO2材料。从材料特性上看，ZnO材料是最有希望取代TiO2材料的。另一方面，考虑到可以利用上转换材料将近红外光转化为太阳电池能够有效吸收利用的可见光，将稀土离子掺入到ZnO中，以便进一步提高染料敏化电池的光电转换效率。
本文通过水热法制备了ZnO材料，并对染料敏化电池的光阳极进行了探索，得到的结论如下：
1.碱溶液的浓度对ZnO材料形貌的形成影响很大。通过SEM测试，发现当加入少量的NaOH碱溶液时主要形成的是片状结构，继续增加碱溶液的量时，生成的ZnO自组装形成片状花和棒状花的形貌。在大量OH-离子存在的条件下，最终会形成棒状结构的ZnO。
2.测试结果表明，表面活性剂CTAB的加入有利于使ZnO生成花状的形貌，同时，掺入一定量的CTAB可以使生成的ZnO纳米花的花瓣更加浓密。浓密的花状形貌有利于增加对染料的吸附和对光的吸收。
3.在ZnO中掺入稀土Er3+离子，研究证明当掺入的Er3+离子在2%(摩尔比)的条件下时，能够得到最强的光致发光。当掺入Er3+离子的浓度过量时，会发生浓度淬灭现象，光致发光反而减弱。
4.通过Er3+和Yb3+稀土离子共掺，发现Er和Yb的掺杂比在2%、20%(摩尔比)条件下可以得到较强的光致发光，继续增加Yb3+离子的含量时，发光强度不会有明显的提高。
5.对比以不同形貌ZnO作为光阳极的染料敏化电池，结果表明：以花状形貌ZnO作为光阳极的电池在对染料的吸附方面明显高于以棒状形貌ZnO作为光阳极的电池，能够得到更好的光电转换效率。
关键词：ZnO，太阳电池，稀土离子，上转换，十六烷基三甲基溴化氨（CTAB）

目录
第一章绪论 1
§1-1太阳电池的国内外研究现状 1
§1-2上转换材料研究和应用情况 3
§1-3选题的目的和意义 4
§1-4主要研究内容 5
第二章上转换材料发光材料及表征 6
§2-1上转换材料的发光机制 6
2-1-1激发态吸收 6
2-1-2能量传递 6
2-1-3光子雪崩吸收上转换 8
§2-2上转换基质材料的选择 8
2-2-1氟化物 9
2-2-1氧化物 9
2-2-3卤化物 9
§2-3上转换材料的制备工艺 9
2-3-1高温固相法 9
2-3-2溶胶-凝胶法 10
2-3-3水热合成法 10
2-3-4共沉淀法 10
第三章ZnO材料的制备及其研究 11
§3-1样品的制备 11
3-1-1实验所用试剂及仪器 11
3-1-2实验步骤 11
§3-2碱溶液的量对ZnO材料的影响 11
3-2-1碱溶液对材料晶向的影响 11
3-2-2碱溶液对材料形貌的影响 12
§3-3CTAB对ZnO的影响 15
3-3-1表面活性剂CTAB对材料晶向的影响 15
3-3-2表面活性剂CTAB对ZnO形貌的影响 15
3-3-3表面活性剂CTAB对ZnO材料 17
§3-4小结 18
第四章水热法制备具有上转换性质的ZnO 19
§４-1样品的制备 19
４-1-1实验所用试剂及仪器 19
４-1-2实验步骤 19
§４-２单掺Er对ZnO材料的影响 19
4-2-1Er3+离子浓度对材料晶相的影响 19
4-2-2Er3+离子浓度对材料光致发光的影响 20
§4-3Er,Yb共掺对ZnO材料的影响 21
4-3-1Er，Yb共掺对材料晶相的影响 22
4-3-2Er，Yb共掺对材料光致发光的影响 22
§4-4可能发生的上转换过程 23
§4-5小结 24
第五章ZnO材料在染料敏化电池中的应用 25
§5-1ZnO材料与染料敏化电池结合的实验设计 25
5-1-1染料敏化太阳电池的结构 25
5-1-2染料敏化太阳电池的工作原理 25
§5-2薄膜在染料中的浸泡时间对电池的影响 26
5-2-1电池的制备 26
5-2-2在染料中不同浸泡时间薄膜的光电特性 27
§5-3不同形貌ZnO对电池的影响 28
5-3-1ZnO薄膜的光电特性 28
5-2-3解吸附验证实验 29
§5-3小结 30
第六章结论 31
参考文献 32