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《华南理工大学》 2011年
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电沉积ZnO纳米阵列膜和ZnO/汞溴红杂化膜及其光学和光电特性研究

占会云  
【摘要】:ZnO是一种重要的宽禁带半导体,具有优异的光电、压电和气敏特性以及良好的生物相容性,在发光二极管、光探测器、透明导电薄膜、太阳电池和气敏传感器等诸多领域有着广泛的应用。ZnO的晶体结构决定了其纳米材料的形貌多样性和易制备优势,这更为基于ZnO纳米结构的器件提供广阔的发展空间。电化学沉积法制备ZnO薄膜具有合成温度低、操作简单、基材适用性广和成本低廉的特点,便于大规模工业化生产。本论文致力于采用电化学沉积法在导电玻璃基板上直接沉积ZnO纳米棒阵列和ZnO/汞溴红杂化膜,分别研究了它们的发光性能以及在染料敏化太阳电池中的应用。 以掺F的SnO2导电玻璃为基板,以硝酸锌水溶液为电解液,采用三电极恒电位体系,沉积ZnO纳米棒阵列薄膜。采用扫描电子显微镜观测纳米棒阵列的微观形貌,采用X射线衍射仪分析纳米棒的晶面取向度,采用表面轮廓仪测定纳米棒阵列的长度,采用荧光光谱仪表征了纳米棒阵列膜的发光性能。系统考察了玻璃尺寸、对电极种类、Zn~(2+)初始浓度、沉积电位等工艺参数对ZnO纳米棒的直径、长度、分布密度等的影响。结果表明,ZnO纳米棒阵列只有一个400 nm附近的荧光发射峰,这说明了电沉积法制备出的ZnO纳米棒阵列具有表面缺陷少、质量好的特点。 通过在硝酸锌水溶液添加汞溴红,电化学沉积ZnO/汞溴红杂化膜。采用紫外-可见光分光光度计表征杂化膜的光吸收性能。系统考察了汞溴红浓度、电沉积电位以及Zn~(2+)初始浓度对杂化膜的微观形貌和可见光吸收性能的影响。结果表明,Zn~(2+)浓度为0.02 M,沉积电位为-1.0 V,汞溴红浓度为60μM时得到的ZnO/汞溴红杂化膜的光吸收性能最好。为了考察ZnO/汞溴红杂化膜在染料敏化太阳电池中的应用,分别制备三种光阳极:ZnO纳米棒直接浸泡吸附汞溴红染料、ZnO/汞溴红杂化膜以及ZnO/汞溴红杂化膜脱附汞溴红再吸附汞溴红,并将这三种光阳极与镀铂对电极构成染料敏化电池,测试它们的光电转换性能。我们发现,基于ZnO/汞溴红杂化膜脱附汞溴红再吸附汞溴红光阳极的电池效率明显高于基于ZnO纳米棒直接吸附汞溴红光阳极的电池。这表明电沉积ZnO/汞溴红杂化膜是提高基于ZnO纳米棒和汞溴红的染料敏化太阳电池性能的有效途径。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.2

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