纳米医学与生物治疗发现杂志
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ZnO及其纳米复合材料对染料敏化太阳能电池性能的影响

哈娜塞利姆

研究了 ZnO 纳米粒子的 CuO 掺杂对染料敏化太阳能电池 (DSSC) 性能的影响。最初采用共沉淀法合成 ZnO 纳米颗粒，然后采用不同的 CuO 摩尔浓度比，通过新颖的 Pechini 路线制备 ZnO-CuO 纳米复合材料，应用于染料敏化太阳能电池 (DSSC)。使用各种技术进行热、结构、光学和电学表征，例如 (TGA/DSC)、XRD、HR-TEM、FT-IR、拉曼、UV-DRS、PL、IV。XRD分析结果表明，CuO-ZnO复合材料具有纳米尺寸，并且在38.65O处存在的新峰对应于CuO的第二相，这表明了掺杂过程。与纯 ZnO NP 相比，掺杂样品的 UV-DRS 光谱显示反射带红移，PL 光谱显示 400 nm 处的强发射带。在优化条件下，采用脉冲激光沉积（PLD）技术将未掺杂ZnO和CuO掺杂ZnO薄膜粘贴在ITO玻璃上，并用作染料敏化太阳能电池（DSSC）的工作电极。这些工作电极用曙红染料敏化并与铂涂层阴极耦合。IV 测量表明，与 ZnO DSSC 1.26% ± 0.08% 相比，在最佳掺杂 (ZC1.5) 下，ZnO-CuO 纳米复合材料 DSSC 的性能得到改善，效率为 2.9% ± 0.22%。使用脉冲激光沉积（PLD）技术将未掺杂的ZnO和CuO掺杂的ZnO薄膜粘贴在ITO玻璃上，并用作染料敏化太阳能电池（DSSC）的工作电极。这些工作电极用曙红染料敏化并与铂涂层阴极耦合。IV 测量表明，与 ZnO DSSC 1.26% ± 0.08% 相比，在最佳掺杂 (ZC1.5) 下，ZnO-CuO 纳米复合材料 DSSC 的性能得到改善，效率为 2.9% ± 0.22%。使用脉冲激光沉积（PLD）技术将未掺杂的ZnO和CuO掺杂的ZnO薄膜粘贴在ITO玻璃上，并用作染料敏化太阳能电池（DSSC）的工作电极。这些工作电极用曙红染料敏化并与铂涂层阴极耦合。IV 测量表明，与 ZnO DSSC 1.26% ± 0.08% 相比，在最佳掺杂 (ZC1.5) 下，ZnO-CuO 纳米复合材料 DSSC 的性能得到改善，效率为 2.9% ± 0.22%。

染料敏化太阳能电池（DSSC）是第三代光伏技术，与传统硅太阳能电池相比，由于具有环境友好、成本低、无毒、温度稳定性好等特点，有望以廉价的方式将太阳能转化为电能。发电稳定且易于生产的太阳能电池，其关键部件包括光阳极、敏化剂、电解质和对电极。纳米尺寸半导体化合物用作光电阳极因为它们具有吸收染料分子和转移电子的功能。它必须具有高电子传输速率，以降低电子空穴复合率并提高转换效率。氧化锌是具有不同纳米结构形貌和高电子迁移率的半导体化合物之一。由于其载流子迁移率和直接带隙，ZnO 被认为是 DSSC 的有前途的候选者。ZnO是一种宽带隙半导体，室温下为3.30 eV。低维ZnO纳米结构由于其独特的结构、电学和光学性质而得到了广泛的研究。它是许多光电应用的有前途的材料，例如纳米级激光器压电器件、化学传感器和太阳能电池。另一方面，氧化铜是候选材料之一。氧化铜半导体的特点是光吸收率较高、原材料成本低、无毒。CuO是p型过渡金属氧化物，具有窄带隙（Eg〜1.2 eV），接近太阳能电池的理想能隙1.4 eV，并且具有良好的太阳光谱吸收。CuO 的低带隙使其能够吸收整个可见光谱。为了获得更好的结晶质量、更好的光学和电学性能，研究人员优先在金属氧化物中进行掺杂。锌是一种重要的过渡金属元素，Zn2+的离子半径参数与Cu2+接近，这意味着Zn很容易渗入CuO晶格或取代晶体中的Cu位置。在这项工作中，ZnO-CuO纳米复合材料用于提高染料敏化太阳能电池的光伏性能。最初合成这些材料，然后使用 TGA/DSC、XRD、HR-TEM、FT-IR、拉曼、UV-DRS、PL 和 IV 测量进行表征。

在这项工作中，观察到纳米孔阵列也可以在酒精环境中用 800 nm 飞秒激光照射制造的纳米波纹中形成。孔的直径范围为10 nm-30 nm。请注意，纳米孔远小于入射激光的波长（800 nm）。该结构与经典的激光诱导纳米结构有两个不同之处。一方面，尺寸是几十纳米而不是几百纳米。另一方面，该结构只能在液体环境中的辐照下形成。具体而言，与在水中辐照下产生的纳米孔相比，在酒精中辐照下，形成更多的纳米孔阵列并且孔更均匀。该方法可用于利用激光照射制造深亚波长纳米结构。使用扫描电子显微镜（SEM）对纳米孔阵列进行表征。此外，我们还研究了激光扫描速度对深亚波长纳米孔阵列的影响。