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1、氧化锌纳米管第1页，共19页，编辑于2022年，星期六 本文引进高比表面的氧化锌纳米管氧化铝模板作为染料敏化太阳电池的光阳极。利用原子层沉积技术，为电荷收集提供了一个数几十微米厚的直接通道。与同类的以氧化锌为基础的太阳电池相比，氧化锌纳米管太阳电池具有特殊的光电压和填充因子，并且具有1.6%的功率效率。这篇文章给出了一个浅显的制造技术，利用金属氧化物纳米管作为染料敏化太阳电池的光阳极。第2页，共19页，编辑于2022年，星期六 具有良好捕光效率的DSSCs要具有适度消光的染料和具有高比表面的光阳极（约是普通电极的1200倍）。本文中所使用的染料是N719,所使用的光阳极为高比表面的纳米管。第3
2、页，共19页，编辑于2022年，星期六 最后电荷收集的几率取决于电荷的传输几率和电荷的复合几率，利用纳米结构提高电荷的传输几率，利用碘化物或三碘化物可以阻碍电荷的复合。以前以二氧化钛和碘化物或三碘化物为基础的DSSCs最高效率达到11%。第4页，共19页，编辑于2022年，星期六 制备ZnO光阳极的方法有：手术刀法、丝网印刷技术、机械挤压法、化学液相沉积法、化学气相沉积法、低温水热法、电沉积自组装法，本文介绍了一种新的光阳极设计方法，即将ZnO纳米管通过原子层沉积嵌入多孔的氧化铝模板中合并成为掺铝氧化锌涂层形成高比表面的光阳极。这种光阳极具有高的长宽比，粗糙度系数RF大于1000（最初的RF小
3、于450）.第5页，共19页，编辑于2022年，星期六 本文介绍了ZnO光阳极的形态特征、捕光效率以及光伏特性。第6页，共19页，编辑于2022年，星期六Cross-sectional SEM image of commercial AAOmembrane pores coated with 20 nm of ZnO by ALD 第7页，共19页，编辑于2022年，星期六 60um厚的阳极氧化铝薄膜有200nm的气孔，其中25%-50%的气孔通过原子层沉积嵌入ZnO纳米管。然后通过乙基锌和水中在200 C中曝光6s，再在氮气环境中净化曝光5s。为了提高掺铝ZnO涂层的电气接触，将100nm的
4、金蒸发到阳极氧化铝薄膜的边缘层。原子层沉积ZnO具有许多氧空位，从而使得膜具有良好的传导性以及低阻力，有利于电子的传输。第8页，共19页，编辑于2022年，星期六粗糙因数的计算公式为 其中r为气孔的半径，l为膜的厚度，d为两个气孔的中心距离。第9页，共19页，编辑于2022年，星期六第10页，共19页，编辑于2022年，星期六 由图可以看出在500nm时氧化锌纳米管对染料的最大吸收率在氧化锌薄膜厚度为2nm，此时吸收率为0.71，并且随着厚度的增加吸收率减少。粗糙因数也随着氧化锌厚度的增加而减小。第11页，共19页，编辑于2022年，星期六 Short-circuit photocurrent
5、(blue,open symbols)and open-circuit photovoltage(orange,closed symbols)as a function of ZnO wall thickness.第12页，共19页，编辑于2022年，星期六 由上图可以看出在没有ZnO时，短路电流几乎为0，随着ZnO厚度的增加，短路电流急剧增加，但随着ZnO厚度的增加，对染料的吸收率减小，所以短路电流也随之减小。开路电压也是随着ZnO厚度的增加而增加，当ZnO厚度为1nm时，开路电压急剧增加，直至ZnO厚度为7nm时，开路电压增至739mV。第13页，共19页，编辑于2022年，星期六 Cha
6、rge lifetime vs photovoltage for a device with 4 nm pore wall(blue)and 9 nm pore wall(orange).Inset shows charge lifetimes as a function of pore wall thickness at equal cell potential(600 mV).第14页，共19页，编辑于2022年，星期六电子寿命与光电压的关系为 插图为600mV时电荷寿命与ZnO厚度的关系。随着厚度的增加电荷寿命增大，后又随着厚度变大电荷寿命有减小的趋势。电荷收集效率的提高与电荷的寿命的增
7、加密切相关。第15页，共19页，编辑于2022年，星期六 I-V curve for the most efficient cell,7 nm ZnO,under simulated AM1.5 illumination.第16页，共19页，编辑于2022年，星期六 上图给出的是AM1.5光照下，ZnO厚度为7nm时的I-V曲线，此时短路电流为3.3mA,开路电压为739mV，填充因子为0.64，转换效率为1.6%。转换效率主要受光电流的影响，相对较低的光电流与小的粗糙因数，光阳极的反射和散射以及较低的电荷收集效率有关。第17页，共19页，编辑于2022年，星期六 结论：本文介绍了通过原子层沉积将ZnO纳米管嵌入多孔的氧化铝模板中合并成为掺铝氧化锌涂层形成高比表面的光阳极，这种电极表现为适当的捕光效率，极好的光电压和良好的填充因子以及较高的功率效率。第18页，共19页，编辑于2022年，星期六 本文介绍的这种电池的优点是通过原子层沉积将ZnO纳米管嵌入多孔的氧化铝模板中合并成为掺铝氧化锌涂层形成高比表面的光阳极，用来吸附更多的染料分子，从而增加捕光效率，这种光阳极还具有适度传导性以及低阻力，有利于电荷的传输，通过原子层沉积可以抑制暗电流，从而提高转换效率。第19页，共19页，编辑于2022年，星期六