ZnO纳米线的控制生长及在染料敏化太阳能电池中的应用.pdf-solarbe文库

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ｈｔｔｐ ∥ ｗｗｗ．ｊｄｘｂ．ｃｎｈｔｔｐ ∥ ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第４７卷第１期２０１３年１月西安交通大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ ’ ＡＮＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶｏｌ．４７Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１３收稿日期２０１２－０５－２９。作者简介韩龙飞（１９８７－），男，硕士；钱军民（通信作者），男，副教授。基金项目国家自然科学基金资助项目（５０７７３０６２）。网络出版时间２０１２－１１－３０网络出版地址ｈｔｔｐ ∥ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／６１．１０６９．Ｔ．２０１２１１３０．１４３２．００１．ｈｔｍｌＺｎＯ纳米线的控制生长及在染料敏化太阳能电池中的应用韩龙飞１，２，钱军民１，２，崔宁１，２（１．西安交通大学材料科学与工程学院，７１００４９，西安；２．西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，７１００４９，西安）摘要利用旋涂法在ＦＴＯ导电玻璃板上制备一层ＺｎＯ籽晶，再经水热生长，得到杂乱的和规整的ＺｎＯ纳米线；重复该过程，制备得到带分枝结构的ＺｎＯ纳米线。利用Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外－可见分光光度计和光电转换测试系统等手段，研究了水热生长条件对ＺｎＯ形态和晶体结构的影响，以及它们对染料吸附率和光电转换效率的影响。结果表明在生长液中添加聚乙烯亚胺有利于ＺｎＯ籽晶择优取向单向生长；原位生长形成的ＺｎＯ纳米线均为纤锌矿结构，结晶性良好；影响带分支结构ＺｎＯ纳米线制备的关键因素为悬挂籽晶次数和晶化热处理升温速率。解吸附和光电性能测试结果表明，相对于初始的ＺｎＯ纳米线，带分枝结构的ＺｎＯ纳米线具有更高的染料吸附率和太阳能转换效率。关键词氧化锌纳米线；水热生长；染料吸附率；转换效率中图分类号Ｏ６１４．２４文献标志码Ａ文章编号０２５３－９８７Ｘ（２０１３）０１－００９０－０６ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＧｒｏｗｔｈｏｆＺｎＯＮａｎｏｗｉｒｅｗｉｔｈＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏＤｙｅ－ＳｅｎｓｉｔｉｚｅｄＳｏｌａｒＣｅｌｌｓＨＡＮＬｏｎｇｆｅｉ１，２，ＱＩＡＮＪｕｎｍｉｎ１，２，ＣＵＩＮｉｎｇ１，２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ ’ ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｘｉ ’ ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅＦＴＯｇｌａｓｓｃｏａｔｅｄｗｉｔｈＺｎＯｓｅｅｄｌａｙｅｒｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｓｐｉｎ－ｃｏａｔｉｎｇ，ａｎｄｉｔｗａｓｆｕｒｔｈｅｒｐｌａｃｅｄｉｎｇｒｏｗｔｈｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｆｏｒｍｍｅｓｓｙａｎｄｎｅａｔＺｎＯｎａｎｏｗｉｒｅｓ（ＮＷｓ）ｖｉａｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｇｒｏｗｔｈ．Ｂｙｒｅｐｅａｔｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｂｒａｎｃｈｅｄＺｎＯＮＷｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｘ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＵＶ－ｖｉｓｉｂｌｅｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ，ａｎｄｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｇｒｏｗｔｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＺｎＯＮＷｓ，ａｎｄｏｎｄｙｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅｔｏｔｈｅｇｒｏｗｔｈｓｏｌｕｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆＺｎＯｓｅｅｄａｌｏｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｒｙｓｔａｌｆａｃｅ．ＺｎＯＮＷｓａｒｅｏｆｈｅｘａｇｏｎａｌｗｕｒｔｚｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｇｏｏｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ．ＴｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｒａｎｃｈｅｄＺｎＯＮＷｓａｒｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｈａｎｇｉｎｇｓｅｅｄｓａｎｄｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｒａｔｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｂａｒｅＺｎＯＮＷｓ，ｂｒａｎｃｈｅｄＺｎＯＮＷｓｓｈｏｗｈｉｇｈｅｒｄｙｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＺｎＯｎａｎｏｗｉｒｅ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｇｒｏｗｔｈ；ｄｙｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｉｏ；ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ第１期韩龙飞，等ＺｎＯ纳米线的控制生长及在染料敏化太阳能电池中的应用ｈｔｔｐ ∥ ｗｗｗ．ｊｄｘｂ．ｃｎｈｔｔｐ ∥ ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ相对于硅太阳能电池，基于半导体氧化物和有机染料的染料敏化太阳能电池（ＤＳＣｓ）具有廉价、稳定和易制备等优点。ＤＳＣｓ是一个电化学系统，它以一层宽带隙半导体（ＴｉＯ２或ＺｎＯ）多孔膜作为吸附染料的光阳极［１－３］。ＴｉＯ２纳米颗粒和纳米线是研究最为广泛的光阳极材料，其最高转换效率可达１１．２％，但由于电子在传导过程中再复合及湮灭造成的电子损耗，使得进一步提高转换效率变得非常困难。为从根本上解决该问题，有学者对Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２等氧化物半导体材料进行了研究，但结果都不是很理想［４－５］。ＺｎＯ的能带结构和物理性能与ＴｉＯ２非常相似，其电子迁移率是ＴｉＯ２的１０２～１０３倍，因此，ＺｎＯ理应展示出更快的电子迁移速率，从而降低电子传导过程中的损耗［５－６］。虽然近期研究的ＺｎＯ太阳能电池的转换效率比较低，但易结晶化和各向异性生长的特点使得ＺｎＯ被认为是最有希望取代ＴｉＯ２的光阳极材料［７－９］。一维ＺｎＯ光阳极纳米结构（如纳米线、纳米带、纳米管等）已得到了广泛研究［２，４，６，８－１０］。这种结构对电子收集提供直的传导路径，可减小电子传导时的复合概率，从而提高转换效率。Ｇｕ等人通过电化学方法制备了不同长度ＺｎＯ的纳米阵列，其ＤＳＣｓ转换效率仅为０．２％～０．６６％［１０］，Ｘｕ等人用液相化学生长法制备的ＺｎＯ纳米线ＤＳＣｓ的转换效率最高也只有２．１％［１１］，原因是纳米线结构有限的比表面积限制了转换效率的提高。带分枝结构的纳米线被认为是提高比表面积和转换效率的一条途径。Ｓｕｈ和Ｂａｘｔｅｒ等人采用比较昂贵的化学气相沉积方法制作出一种树枝状ＺｎＯ纳米线结构，使得转换效率有所提高［１２－１３］。本研究通过溶胶凝胶法在导电玻璃上铺一层ＺｎＯ溶胶，经晶化热处理后形成ＺｎＯ籽晶，然后采用水热生长法并控制反应条件，在ＦＴＯ导电玻璃板上直接生长出杂乱的和规整的ＺｎＯ纳米线，以及带分枝结构的ＺｎＯ纳米线，将其用作ＤＳＣｓ的光阳极，测试分析不同形貌ＺｎＯ的染料吸附情况及光电转换性能。１实验１．１实验原料及设备实验原料六水硝酸锌（Ｚｎ（ＮＯ３）２ · ６Ｈ２Ｏ，分析纯，广州金华太化学试剂有限公司）；六亚甲基四胺（Ｃ６Ｈ１２Ｎ４，分析纯，西安化学试剂厂）；乙醇胺（Ｃ２Ｈ７ＮＯ，分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；乙二醇单甲醚（Ｃ３Ｈ８Ｏ２，分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；聚乙烯亚胺（ＰＥＩ，质量分数５０％，美国Ｓｉｇ－ｍａ公司）；ＦＴＯ导电玻璃（ＳｎＯ２Ｆ，电阻１６ Ω ／ｃｍ２，武汉格傲科教仪器有限公司）；液态电解质（ＤＨＳ－Ｅ３６，大连七色光有限公司）；ＤＨＳ－Ｎ７１９染料（Ｃ５８Ｈ８６Ｏ８Ｎ８Ｓ２Ｒｕ，分析纯，大连七色光有限公司）；热封沙林膜（ＤＨＳ－Ｓｕｒｌｙｎ１７２５，大连七色光有限公司）。其他试剂（如无水乙醇等）均为分析纯，实验用水为蒸馏水，所有试剂均未纯化处理而直接使用。实验设备水热反应釜（聚四氟乙烯内衬，Φ ２０ｍｍ５０ｍｍ）。１．２实验步骤１．２．１光阳极制备先用洗液对ＦＴＯ玻璃的表面进行超声清洗，然后分别用丙酮、乙醇和高纯水超声清洗，反复冲洗干净，烘干备用。籽晶层制备首先配制ＺｎＯ溶胶，取一定量的硝酸锌溶于乙二醇单甲醚中，浓度为０．５ｍｏｌ／Ｌ，之后加入与锌盐等摩尔量的乙醇胺，于６０℃ 搅拌２ｈ，再室温陈化２ｈ，然后利用旋涂法（转速为２５００ｒ／ｍｉｎ）在玻璃的导电面涂覆一层凝胶，于４５０℃ 晶化热处理０．５ｈ（升温速率＜５℃ ／ｍｉｎ），为获得致密的籽晶层，可选择反复涂覆３～１０次。籽晶的控制生长配制２种不同的生长液，生长液 Ⅰ 为３０ｍｍｏｌ／Ｌ六水硝酸锌与六亚甲基四胺的等体积混合水溶液，生长液 Ⅱ 为在生长液 Ⅰ 中加入５ｍｍｏｌ／Ｌ的ＰＥＩ后所得的。将铺有籽晶层的衬底竖直浸没在上述２种生长液中，在水热反应釜中于９５℃ 密封保温５ｈ，清洗烘干后即获得ＺｎＯ纳米线光阳极。将制备的ＺｎＯ纳米线再次悬挂晶种，以相同的条件再次水热生长，即可获得分枝结构ＺｎＯ纳米线光阳极。１．２．２解吸附测试为精确测试不同形貌的ＺｎＯ光阳极吸附染料的情况，对其进行解吸附测试。首先标定Ｎ７１９染料在一定浓度范围内的浓度－吸收关系，精确测量阳极材料的面积并测试其解吸附后染料溶液的吸收光谱图；然后利用吸收强度－浓度曲线的斜率，得到单位面积阳极材料对染料的吸附量。具体实验方法可参见文献［１４］。１．３样品的表征采用ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ公司的Ｘ ’ ＰｅｒｔＰｒｏ型粉末Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）对ＺｎＯ纳米线进行物相分析，ＣｕＫ α （ λ ＝１５．４０５１０－１１ｍ）辐射，扫描范围为２０ °～８０ ° ；采用Ｓ－２７００型扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察样品的形貌，扫描电压为２０ｋＶ；利用北京谱析通用１９西安交通大学学报第４７卷ｈｔｔｐ ∥ ｗｗｗ．ｊｄｘｂ．ｃｎｈｔｔｐ ∥ ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ仪器公司的ＴＵ－１８１０型紫外－可见分光光度计测量样品的透过光谱及光阳极的染料吸附率，波长范围为２００～８００ｎｍ。１．４染料敏化太阳能电池组装与性能检测染料敏化太阳能电池组装将ＺｎＯ光阳极板经干燥０．５ｈ后，浸没在５ｍｍｏｌ／Ｌ的Ｎ７１９／无水乙醇中５ｈ，取出后用无水乙醇冲洗，避光晾干。用ＤＨＳ－Ｓｕｒｌｙｎ１７２５热封薄膜制作成具有一定面积的框状结构，夹在ＺｎＯ光阳极和Ｐｔ电极之间，在加热玻璃板的同时施加一定的压力将两极板通过热封膜粘到一起，然后通过在Ｐｔ电极上用超声打的小孔注入电解质ＤＨＳ－Ｅ３６，再用热封膜将小孔封上，即制得ＤＳＣｓ。将组装好的电池置于模拟太阳光的照射下，利用线性扫描方法对电极施加偏压，并采用美国吉时利公司的Ｋｅｉｔｈｌｅｙ２４００数字源表测得电流－电压输出特性曲线。扫描速率取０．０５Ｖ／ｓ，扫描量程为－０．２～０．６Ｖ。２结果与讨论图１在２种生长液中制得的ＺｎＯ纳米线的ＸＲＤ谱图２．１ＸＲＤ分析图１为籽晶层在生长液 Ⅰ 与 Ⅱ 中于９５℃ 密封保温生长５ｈ、４５０℃ 晶化热处理后的ＸＲＤ图谱。图谱与ＺｎＯ的ＰＤＦ卡片ＪＣＰＤＳＮｏ．３６－１４５１数据相吻合，表明２种样品均为纯纤锌矿结构ＺｎＯ。在生长液 Ⅱ 中制备的ＺｎＯ纳米线的（００２）晶面衍射峰强度远高于其他晶面的衍射峰强度，表明ＺｎＯ晶种在生长液 Ⅱ 中沿ｃ轴取向生长非常强烈，这与文献［１５］所得结论相一致。在生长液 Ⅰ 中制备的ＺｎＯ纳米线的最强衍射峰也在２ θ ＝３４．５ ° 处，但其强度相对于其他晶面并没有太大的优势，说明这种形态的ＺｎＯ虽然也是固定取向生长，但没有在生长液 Ⅱ 中的取向那么强烈，应该为在垂直取向的基础上略带杂乱分布的形态。２．２ＳＥＭ分析图２为ＺｎＯ纳米线的ＳＥＭ图。籽晶层在生长液 Ⅰ 中经９５℃ 生长５ｈ后，得到图２ａ所示的杂乱ＺｎＯ纳米线（标记为Ｐ１）。Ｐ１分布致密且比较均匀，整个薄膜连续性较好，与衬底结合比较紧密，单根一维圆柱形态ＺｎＯ的直径约为５０ｎｍ左右。在生长液 Ⅱ 中生成的规整结构ＺｎＯ纳米线（标记为Ｐ２）如图２ｂ所示，单根直径为１００～２００ｎｍ，分布均匀且较为致密，顶端呈规整六边形形态。对比图２ａ与图２ｂ并结合ＸＲＤ分析结果可知，生长液中加入ＰＥＩ有利于ＺｎＯ取向生长。ＰＥＩ优先吸附于ＺｎＯ团簇的一些晶面上，抑制了这些晶面的生长，而暴露于溶液中的晶面（如（００２）晶面）可以继续生长，从而形成沿某些晶面择优生长的规整ＺｎＯ纳米线［１１］。将Ｐ１再次悬挂晶种，于４５０ ℃ 晶化热处理０．５ｈ（升温速率＜５℃ ／ｍｉｎ），然后在生长液 Ⅱ 中于９５℃ 生长５ｈ，得到图２ｃ所示的杂乱分枝结构ＺｎＯ纳米线（标记为Ｐ３）。将Ｐ２再次悬挂晶种，并用相同方法处理后，得到图２ｄ所示的规整带分枝结构ＺｎＯ纳米线（标记为Ｐ４）。为得到这种形态的ＺｎＯ纳米线，初始ＺｎＯ纳米线一般要做得稀疏一些，可通过在涂覆籽晶过程中减少旋涂次数和降低溶胶浓度得以实现。二次悬挂的ＺｎＯ籽晶与初始ＺｎＯ纳米线的结合状态直接影响后续的纳米线生长情况。经过数次对比试验，发现二次旋涂次数和晶种晶化热处理的升温速率是影响籽晶悬挂性能的最主要因素。在Ｐ３的控制生长过程中，采用１０℃ ／ｍｉｎ升温，于相同条件下生长后得到图２ｅ所示形貌的ＺｎＯ，原因可能是因为升温速率过快导致悬挂的籽晶脱落，随后在水热生长条件下，各个籽晶都不断长大，从而得到更加稠密的杂乱ＺｎＯ纳米线。在Ｐ４的控制生长过程中，增加二次悬挂籽晶的旋涂次数至３次，其他条件不变，生长后得到图２ｆ所示的结构，由于悬挂的籽晶过多，塞满了部分柱体之间的缝隙，导致在残余ＰＥＩ作用下连接成ＺｎＯ薄层，水热生长后原始柱体变得粗大，ＺｎＯ薄层变厚，最后形成类似蜂窝状的结构。２．３解吸附测试按照１．２．２小节所述方法，用体积比为１ ∶ １的乙醇和去离子水的混合物为溶剂，配制０．０１～０．２ｇ／Ｌ的Ｎ７１９染料溶液，测试其在５２３ｎｍ（染料的最强吸收峰）处的吸收强度，得到染料浓度与吸收强度的关系曲线，经拟合后二者呈线性递增关系，线性相关系数２９第１期韩龙飞，等ＺｎＯ纳米线的控制生长及在染料敏化太阳能电池中的应用ｈｔｔｐ ∥ ｗｗｗ．ｊｄｘｂ．ｃｎｈｔｔｐ ∥ ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ（ａ）杂乱ＺｎＯ纳米线（Ｐ１）（ｂ）规整ＺｎＯ纳米线（Ｐ２）（ｃ）杂乱分枝结构ＺｎＯ纳米线（Ｐ３）（ｄ）规整分枝结构ＺｎＯ纳米线（Ｐ４）（ｅ）制备Ｐ３过程中提高升温速率获得的ＺｎＯ纳米线（ｆ）制备Ｐ４过程中旋涂３次获得的ＺｎＯ纳米线图２不同制备条件下获得的ＺｎＯ纳米线形貌（ＳＥＭ）为０．９９５，直线斜率为１９．７。配制０．１ｍｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液（水／乙醇为溶剂，体积比为１ ∶ １），用于解吸附单位面积（１ｃｍ２）的不同形貌ＺｎＯ光阳极板吸附的染料，测量吸收光谱图（如图３所示），并记录在５２３ｎｍ处的吸收强度值，计算出染料吸附率，见表１。由表１可以看出，不同形貌ＺｎＯ纳米线的染料吸附率不同，依吸附率值由大到小的排序为Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１、Ｐ２。带分枝结构的ＺｎＯ纳米线增大了表面积，染料吸附率较高。相对于规整排列的形貌，杂乱分布的ＺｎＯ纳米线增大了界面的浸润性，同时纳米线间的空间也有利于染料浸入，故对染料的吸附效果更好。图３不同形貌ＺｎＯ纳米线解吸附Ｎ７１９染料的紫外－可见吸收谱３９西安交通大学学报第４７卷ｈｔｔｐ ∥ ｗｗｗ．ｊｄｘｂ．ｃｎｈｔｔｐ ∥ ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ表１解吸附测试结果ＺｎＯ形貌相对吸收强度（５２３ｎｍ处）染料吸附率／ｍｇ · ｍ－２Ｐ１０．３３６１７１Ｐ２０．２６４１２５Ｐ３０．４１７２１２Ｐ４０．３６８１８７２．４ＤＳＣｓ性能测试为研究光阳极板吸附染料前、后对不同波段光线的响应吸收情况，选取Ｐ１光阳极，用紫外－可见分光光度计测试其吸附染料前、后的吸收光谱，结果见图４。由图４可以看出染料敏化前ＺｎＯ光阳极板在３００～４００ｎｍ范围内有一定吸收，这属于ＺｎＯ的本征吸收，而在４００～８００ｎｍ的可见光区基本没有吸收，说明其在可见光区高度透明，而在紫外区具有强遮蔽性［１６］；染料敏化后的ＺｎＯ光阳极不仅在紫外光区间有很好的吸收，而且对４００～４５０ｎｍ和５４０ｎｍ的可见光也表现出比较宽的吸收，说明染料敏化使得ＺｎＯ纳米线的吸收范围从紫外光扩展到可见光，有效扩宽了光阳极的光谱吸收范围。图４吸附Ｎ７１９染料前、后ＺｎＯ纳米线的紫外－可见吸收光谱将组装好的电池置于太阳光模拟器的照射下，利用线性扫描方法对电极施加偏压得到电池的Ｊ－Ｖ特性曲线，如图５所示；测试不同电池的开路电压（Ｖｏｃ）、短路电流密度（Ｊｓｃ）、填充因子（Ｆｆ）和转换效率（Ｅｔａ），结果见表２。表２不同形貌ＺｎＯ组成的染料敏化太阳能电池的性能数据ＺｎＯ形貌Ｊｓｃ／Ａ · ｍ－２Ｖｏｃ／ＶＦｆＥｔａ／％Ｐ１４０．４７０．５５２３２．４９０．７２６Ｐ２４４．３８０．５３６２４．６８０．５８６Ｐ３６６．８９０．４９０２９．６２０．９７１Ｐ４５４．５４０．５１９３０．１５０．８５９图５不同形貌ＺｎＯ光阳极组成的染料敏化太阳能电池的Ｊ－Ｖ特性曲线由图５及表２可以看出，４种不同形貌的ＺｎＯ光阳极板组装的ＤＳＣｓ按转换效率由高到低排列，依次为Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１、Ｐ２，这个结果与表１中染料的吸附率结果一致，说明染料是吸收并转换太阳能的主要物质。Ｐ３样品的转换效率可达到０．９７１％，相对Ｐ１样品０．７２６％的转换效率，提高了３３．７％，而这２种形态ＺｎＯ的染料吸附率只有约２４％的提升，这表明染料敏化太阳能电池中影响转换效率的因素不仅仅只有染料吸附率这一个。ＺｎＯ光阳极作为一种载体，在吸附染料的同时也传导电子。分枝结构的形态虽然增大了ＺｎＯ的表面积，提高了染料吸附率，但同时也增加了电子的传导路程，增大了电子损耗的概率，不利于转换效率的提高［４－５］。由此可见，光阳极的结构形态通过对染料吸附量和电子传导的影响，进而影响太阳能的转换效率。３结论以硝酸锌和六亚甲基四胺等为原料，以ＰＥＩ为控制ＺｎＯ沿ｃ轴取向生长的控制剂，利用原位水热生长法，可在导电玻璃板上直接制备出结晶性良好且表面均匀致密的带分枝结构和不带分枝结构ＺｎＯ纳米线。相对不带分枝结构的ＺｎＯ纳米线，分枝结构ＺｎＯ纳米线，尤其是杂乱分枝结构ＺｎＯ纳米线，具有更高的染料吸附率和太阳能转换效率，其中染料吸附率可提高约２４％，光电转换效率可提高约３４％。参考文献［１］ＯＲＥＧＡＮＢ，ＧＲＡＴＺＥＬＭ．Ａｌｏｗｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｃｙｓｏｌａｒｃｅｌｌｂａｓｅｄｏｎｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｃｏｌｌｏｉｄａｌＴｉＯ２ｆｉｌｍｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９１，３５３７３７－７４０．［２］ＨＳＩＮＭＣ，ＷＥＩＨＣ，ＣＨＩＡＨＬ．ＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｒａｎｃｈｅｄＺｎＯｎａｎｏｗｉｒｅｓｆｒｏｍｓｏｌｖｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ４９第１期韩龙飞，等ＺｎＯ纳米线的控制生长及在染料敏化太阳能电池中的应用ｈｔｔｐ ∥ ｗｗｗ．ｊｄｘｂ．ｃｎｈｔｔｐ ∥ ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｎｄｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＣｈｅｍＣ，２００８，１１２（４２）１６３５９－１６３６４．［３］ＺＨＡＮＧＱｉｆｅｎｇ，ＤＡＮＤＥＮＥＡＵＣＳ，ＺＨＯＵＸｉ－ａｏｙｕａｎ．ＺｎＯｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＡｄｖＭａｔｅｒ，２００９，２１（４１）４０８７－４１０８．［４］ＺＨＵＫａｉ，ＫＯＰＩＤＡＫＩＳＮ，ＮＥＡＬＥＮＲ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｏｎｃｈａｒｇｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｉｎｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄＴｉＯ２ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＣｈｅｍＢ，２００６，１１０（５０）２５１７４－２５１８０．［５］ＹＡＮＧＺｈｅｎｚｈｅｎ，ＸＵＴａｏ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓ－ｐｏｒｔｉｎｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｕｓｉｎｇｓｈｏｒｔＺｎＯｎａｎｏｔｉｐｓｏｎａｒｏｕｇｈｍｅｔａｌａｎｏｄｅ［Ｊ］．ＰｈｙｓＣｈｅｍＣ，２００９，１１３（４７）２０５２１－２０５２６．［６］ＫＷＡＮＧＳＵＫＰ，ＸＩＪｕｎｔｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＱｉｆｅｎｇ．ＣｈａｒｇｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＺｎＯｎａｎｏｒｏｄａｇｇｒｅｇａｔｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｆｏｒＤＳＣｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＣｈｅｍＣ，２０１１，１１５（４３）２０９９２－２０９９９．［７］ＸＵＦｅｎｇ，ＤＡＩＭｉｎ，ＬＵＹｉｎｏｎｇ．ＨｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌＺｎＯｎａｎｏｗｉｒｅ－ｎａｎｏｓｈｅｅｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒｃｏｎ－ｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＣｈｅｍＣ，２０１０，１１４（６）２７７６－２７８２．［８］ＸＵ