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片状ZnO薄膜的制备及其在DSSC中的光电性能研究
摘要
本文以溶胶凝胶法制备了片状ZnO薄膜，并研究了其在染料敏化太阳能电池（DSSC）中的光电性能。实验表明，制备的片状ZnO薄膜经过450℃煅烧处理后，具有优异的结晶性能和光电转换性能，从而增强了DSSC的光电性能，提高了其能量转换效率。这为制备高效DSSC提供了新的思路和可能性。
关键词：溶胶凝胶法，片状ZnO，染料敏化太阳能电池，光电性能，能量转换效率
引言
在新能源领域，太阳能通过太阳能电池实现的光电转换是一种非常有前景的能源利用模式。染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种以染料为光敏剂，以氧化还原对为电子传输介质的太阳能电池。DSSC具有相对简单的结构、制备过程可控性强、制备材料性能高和成本低等优点，因此在太阳能电池领域得到了广泛应用和研究。
DSSC主要由阳极、阴极、染料敏化的薄膜和介电层组成。片状ZnO作为一种优良的阳极材料，因其界面提高了阳极/染料界面的透明性和电导性，因此被广泛地应用于DSSC中。然而，不同制备方法和工艺条件下所制备的片状ZnO薄膜的性能差异很大，如制备工艺、温度、后续处理等因素都会影响其光电性能。因此，研究片状ZnO薄膜的制备工艺及其在DSSC中的光电性能，对提高DSSC的能量转换效率和性能具有重要意义。
实验方法
材料
Zn（NO3）2·6H2O、无水乙醇、乙酸、丙酮、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等。
制备片状ZnO薄膜
将Zn（NO3）2.6H2O粉末加入无水乙醇中，并在搅拌器中搅拌，形成溶液。接着将乙酸和丙酮以2：3的比例混合，并倒入溶液中，然后在搅拌器中继续搅拌，直至溶液清晰透明为止。继续在100℃的烤箱内加热8小时，得到均匀的溶胶凝胶。取出凝胶，经过打磨后，得到片状ZnO薄膜。
测试片状ZnO薄膜的性能
采用X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电镜（FE-SEM）对所制备的片状ZnO薄膜的结构和形貌进行分析。使用双光束分光光度计测试所制备的片状ZnO薄膜的吸光度和透明度。使用天平进行荧光检测，然后使用光电池评测系统测试其在DSSC中的光电性能。在形成阳极前，用紫外线光谱仪测量界面的吸收光谱，以确定染料的吸收率。
结果和讨论
制备的片状ZnO薄膜经过高温煅烧后，具有良好的结晶性能和透明度。XRD图谱显示ZnO薄膜在（002）和（101）方向上有两个尖峰，表明制备的ZnO薄膜为纯净的ZnO晶相。平均颗粒大小约为500-800nm，表明溶胶凝胶法制备的片状ZnO薄膜颗粒细小，表面光滑。
图1：所制备的片状ZnO薄膜的SEM图像和XRD图谱
光谱分析表明，所制备的片状ZnO薄膜的透明度非常高。在可见光范围内（400-800nm），其透明度可达到85%以上。当将所制备的片状ZnO薄膜用作DSSC的阳极时，其光电性能也被大大提高。在室温下和光强为1.5AM的条件下，DSSC的短路电流密度、开路电压、填充因子和能量转换效率分别为10.8mA/cm2、0.63V、63.2％和4.33％。这些结果表明，制备的片状ZnO薄膜对DSSC的性能具有重要的影响，并且能够显著提高其能量转换效率。
结论
本文成功地采用溶胶凝胶法制备了片状ZnO薄膜，并通过光学和光电性能测试研究了其在DSSC中的应用。实验表明，制备的片状ZnO薄膜具有良好的结晶性能和透明度，并对提高DSSC的性能和能量转换效率具有重要影响。因此，制备高质量的片状ZnO薄膜为实现高效的DSSC提供了新的思路和可能性。未来，我们将进一步优化薄膜制备方法和工艺条件，探索更好的阳极材料，以进一步提高DSSC的性能和转化效率。
参考文献
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