P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

doi:10.3866/PKU.WHXB201209051

物理化学学报 >> 2012, Vol. 28 >> Issue (12): 2861-2866.doi: 10.3866/PKU.WHXB201209051

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

孙宝^1,2, 郝彦忠², 郭奋¹, 李英品², 罗冲², 裴娟², 申世刚³

1 北京化工大学化学工程学院, 北京 100029;
2 河北科技大学理学院, 石家庄 050018;
3 河北大学化学与环境科学学院, 河北保定 071002

收稿日期:2012-07-09 修回日期:2012-09-04 发布日期:2012-11-14
通讯作者: 郝彦忠 E-mail:yzhao@hebust.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21173065, 20573031)及河北省自然科学基金(B2010000856)资助项目

Photoelectrochemical Properties of CdS/ZnO Shell-Core Nanorod Arrays Modified with P3HT

SUN Bao^1,2, HAO Yan-Zhong², GUO Fen¹, LI Ying-Pin², LUO Chong², PEI Juan², SHEN Shi-Gang³

1 College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, P. R. China;
2 College of Sciences, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, P. R. China;
3 College of Chemistry and Environmental Science, Hebei University, Baoding 071002, Hebei Province, P. R. China

Received:2012-07-09 Revised:2012-09-04 Published:2012-11-14
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21173065, 20573031) and Natural Science Foundation of Hebei Province, China (B2010000856).

摘要/Abstract

摘要：

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列, 在ZnO纳米棒阵列上先后电化学沉积CdS纳米晶膜及聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT修饰的一维有序壳核式CdS/ZnO纳米阵列结构, 并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线(EDX)等表征手段证实了该结构的形成. 以此纳米结构薄膜为光阳极组装新型半导体敏化太阳电池, 研究了CdS纳米晶膜的厚度和P3HT薄膜的沉积对电池光伏性能的影响, 初步探讨了电荷在电池结构中的传输机理, 结果表明, CdS纳米晶膜和P3HT薄膜的沉积有效地拓宽了光阳极的光吸收范围, 实验中电池的光电转换效率最高达到1.08%.

关键词: ZnO纳米棒阵列, CdS, 聚3-己基噻吩, 电化学沉积, 壳核纳米结构, 半导体敏化太阳电池

Abstract:

Highly ordered ZnO nanorod arrays were prepared on an indium-tin oxide (ITO) glass substrate using an electrochemical method. The poly(3-hexylthiophene) (P3HT)-modified CdS/ZnO shellcore nanorod arrays were fabricated by electrodepositing CdS nanoparticles and then a thin P3HT layer onto the prepared ZnO nanorod arrays. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) were used to characterize the samples to confirm the formation of the designed nanostructures. A semiconductorsensitized solar cell with the designed nanostructure as the photoanode was fabricated. The effects of the thickness of the CdS layer and the deposition of the P3HT layer on the photovoltaic performance of the designed solar cell were investigated, as well as the charge transfer mechanism of the solar cell. The results indicated that light absorption of the photoanode was broadened to the visible region through the electrodeposition of the CdS nanoparticles and P3HT film onto the ZnO nanorods. An energy conversion efficiency up to 1.08% was obtained with the designed semiconductor-sensitized solar cells.

Key words: ZnO nanorod array, Cdmium sulfide, Poly(3-hexylthiophene), Electrochemical deposition, Shell-core nanostructure, Semiconductor-sensitized solar cell

孙宝, 郝彦忠, 郭奋, 李英品, 罗冲, 裴娟, 申世刚. P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能[J]. 物理化学学报, 2012, 28(12), 2861-2866. doi: 10.3866/PKU.WHXB201209051

SUN Bao, HAO Yan-Zhong, GUO Fen, LI Ying-Pin, LUO Chong, PEI Juan, SHEN Shi-Gang. Photoelectrochemical Properties of CdS/ZnO Shell-Core Nanorod Arrays Modified with P3HT[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28(12), 2861-2866. doi: 10.3866/PKU.WHXB201209051

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201209051

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2012/V28/I12/2861

参考文献

(1) Fang, F.; Zhao, D. X.; Li, B. H.; Zhang, Z. Z.; Zhang, J. Y.;Shen, D. Z. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 233115. doi: 10.1063/1.3045952
(2) Vanalakar, S. A.; Pawar, R. C.; Suryawanshi, M. P.; Mali, S. S.;Dalavi, D. S.; Moholkar, A. V.; Sim, K. U.; Kown, Y. B.; Kim,J. H.; Patil, P. S. Materials Letters 2011, 65, 548. doi: 10.1016/j.matlet.2010.10.067
(3) Thambidurai, M.; Muthukumarasamy, N.; Arul, N. S.; Agilan,S.; Balasundaraprabhu, R. J. Nanopart. Res. 2011, 13, 3267.doi: 10.1007/s11051-011-0241-2
(4) Zhang, Q. B.; Feng, Z. F.; Han, N. N.; Lin, L. L.; Zhou, J. Z.;Lin, Z. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2927. [张桥保,冯增芳, 韩楠楠, 林玲玲, 周剑章, 林仲华. 物理化学学报,2010, 26, 2927.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101113
(5) Gao, J. B.; Luther, J. M.; Semonin, O. E.; Ellingson, R. J.;Nozik, A. J.; Beard, M. C. Nano Lett. 2011, 11, 1002. doi: 10.1021/nl103814g
(6) Liu, C. C.; Liu, Z. F.; Li, Y. B.; Ya, J.; Lei, E.; An, L. Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 7041. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.02.133
(7) Hao, Y. Z.;Wang,W. Acta Chim. Sin. 2007, 65, 489. [郝彦忠,王伟. 化学学报, 2007, 65, 489.]
(8) Tena-Zaera, R.; Katty, A.; Bastide, S.; Levy-Clement, C. Chem. Mater. 2007, 19, 1626. doi: 10.1021/cm062390f
(9) Leschkies, K. S.; Divakar, R.; Basu, J.; Enache-Pommer, E. J.;Boercker, E.; Barry, C. C.; Kortshagen, U. R.; Norris, D. J.;Aydil, E. S. Nano Lett. 2007, 7, 1793. doi: 10.1021/nl070430o
(10) Wang, X. N.; Zhu, H. J.; Xu, Y. M.;Wang, H.; Tao, Y.; Hark, S.K.; Xiao, X. D.; Li, Q. ACS Nano 2010, 4, 3302. doi: 10.1021/nn1001547
(11) Chen, H. N.; Li,W. P.; Liu, H. C.; Zhu, L. Q. Solar Energy2010, 84, 1201. doi: 10.1016/j.solener.2010.03.026
(12) Hwang, J. Y.; Lee, S. A.; Lee, Y. H.; Seok, S. I. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 1343. doi: 10.1021/am900917n
(13) Lee, H. J.; Bang, J.; Park, J.; Kim, S.; Park, S. Chem. Mater.2010, 22, 5636. doi: 10.1021/cm102024s
(14) Das, K.; De, S. K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3494. doi: 10.1021/jp8083953
(15) Smith, Y. R.; Subramanian, V. J. Phys. Chem. C 2011, 115,8376. doi: 10.1021/jp110200s
(16) Kamat, P. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 18737.
(17) Greene, L. E.; Law, M.; Yuhas, B. D.; Yang, P. J. Phys. Chem. C2007, 111, 18451. doi: 10.1021/jp077593l
(18) Myung, Y.; Jang, D. M.; Sung, T. K.; Sohn, Y. J.; Jung, G. B.;Cho, Y. J.; Kim, H. S.; Park, J. ACS Nano 2010, 4, 3789. doi: 10.1021/nn100684q
(19) Lin, Z. Q.; Lai, Y. K.; Hu, R. G.; Li, J.; Du, R. G.; Lin, C. J.Electrochim. Acta 2010, 55, 8717. doi: 10.1016/j.electacta.2010.08.017
(20) Qian, D. F.; Zhang, Q. H.;Wan, J.; Li, Y. G.;Wang, H. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2745. [钱迪峰, 张青红, 万钧,李耀刚, 王宏志. 物理化学学报, 2010, 26, 2745.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100948
(21) Liu, J.; Yang, H. T.; Zhang, J. B.; Zhou, X.W.; Lin, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 408. [刘佳, 杨浩田, 张敬波,周晓文, 林原. 物理化学学报, 2011, 27, 408.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110237
(22) Plass, R.; Pelet, S.; Krueger, J.; Gratzel, M.; Bach, U. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7578. doi: 10.1021/jp020453l
(23) Hao, Y. Z.; Ma, J. X.; Sun, B.; Li, Y. P.; Ren, J. J. Acta Chim. Sin. 2010, 68, 33. [郝彦忠, 马洁霞, 孙宝, 李英品, 任聚杰.化学学报, 2010, 68, 33.]
(24) Hao, Y. Z.; Pei, J.;Wei, Y.; Cao, Y. H.; Jiao, S. H.; Zhu, F.; Li, J.J.; Xu, D. S. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 8622. doi: 10.1021/jp911263d
(25) Liao, H. C.; Chen, S. Y.; Liu, D. M. Macromolecules 2009, 42,6558. doi: 10.1021/ma900924y

[1]	朱迎迎, 王勇, 徐淼, 吴勇民, 汤卫平, 朱地, 何雨石, 马紫峰, 李林森. 追踪锂金属负极的压力与形貌变化[J]. 物理化学学报, 2023, 39(1): 2110040 -0 .
[2]	赵娜, 彭静, 王建平, 翟茂林. 羧酸根功能化的PVP-CdS同质结及其高效的光催化析氢性能[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2004046 - .
[3]	吴进, 刘京, 夏雾, 任颖异, 王锋. 基于CdS和CdSe纳米半导体材料的可见光催化二氧化碳还原研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 2008043 - .
[4]	曹丹,安华,严孝清,赵宇鑫,杨贵东,梅辉. SiC/Pt/CdS纳米棒Z型异质结的制备及其高效光催化产氢性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(3): 1901051 - .
[5]	刘志明, 刘国亮, 洪昕林. 表面缺陷与钯的沉积对硫化镉纳米晶粒的光催化制氢性能的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(2): 215 -222 .
[6]	胡海龙,王晟,侯美顺,刘福生,王田珍,李天龙,董乾乾,张鑫. 水热法制备p-CoFe₂O₄/n-CdS及其光催化制氢性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(3): 590 -601 .
[7]	姜金龙,张霞,杜金芳,王琼,戴剑锋,魏智强. 石墨烯/类金刚石碳复合薄膜的电化学沉积及其场发射性能[J]. 物理化学学报, 2016, 32(7): 1839 -1843 .
[8]	王丽娟,李琦,郝彦忠,申世刚,徐东升. CdS/CdSe/TiO₂多级空心微球光阳极中量子点覆盖度的提高[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 983 -989 .
[9]	周丽,刘欢欢,杨玉林,强亮生. SILAR法制备TiO₂/CdS/Co-Pi水氧化光阳极及其性能[J]. 物理化学学报, 2016, 32(11): 2731 -2736 .
[10]	李辉, 刘向鑫, 张玉峰, 杜忠明, 杨彪, 韩俊峰, BESLAND Marie-Paule. 一种在室温合成具有宽带隙CdS的简单方法[J]. 物理化学学报, 2015, 31(7): 1338 -1344 .
[11]	白守礼, 陆文虎, 李殿卿, 李晓宁, 方艳艳, 林原. TiO₂微球的合成及其作为散射层在量子点敏化太阳能电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2014, 30(6): 1107 -1112 .
[12]	倪婷, 邹凡蒋, 玉蓉, 杨盛谊. 用CdSe/ZnS量子点提高体异质结有机太阳电池的效率[J]. 物理化学学报, 2014, 30(3): 453 -459 .
[13]	姜春香, 胡玉祥, 董雯, 郑分刚, 苏晓东, 方亮, 沈明荣. 偏压控制Cu₂O和Cu在TiO₂表面的生长及其光电化学性质[J]. 物理化学学报, 2014, 30(10): 1867 -1875 .
[14]	李闻哲, 王立铎, 高瑞, 董豪鹏, 牛广达, 郭旭东, 邱勇. 通过S^2-中间态将CdSe量子点有机配体转化为ZnS保护层及其器件光伏特性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(11): 2345 -2353 .
[15]	林培宾, 杨俞, 陈威, 高寒阳, 陈小平, 袁坚, 上官文峰. NiS-PdS/CdS光催化剂的水热法合成及其可见光分解水产氢性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06): 1313 -1318 .

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

Photoelectrochemical Properties of CdS/ZnO Shell-Core Nanorod Arrays Modified with P3HT

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0