联吡啶钌络合物敏化钠晶多孔TiO_2薄膜电极光电性能研究

用有机光敏染料敏化半导体电极,拓展其光谱响应,可以改进宽禁带半导体的光电转换性能。近来,Graetzel研究联吡啶钉络合物敏化纳晶多孔TiO_2薄膜,使光电转换效率大大提高,进一步证明这是提高半导体光电性能的一个非常有效的措施。联吡啶钌络合物有较强的可见光吸收,其氧化态稳定性高,是一种理想敏化剂。为设计、发展新型有机光敏体系、进一步提高敏化效果,本文研究联吡啶钌的空间结构因素和纳晶多孔TiO_2薄膜电极的表面处理改性对其敏化性能的影响。     

热液法低温制备纳晶TiO2多孔薄膜电极

用钛酸四丁酯前驱体与纳晶TiO₂颗粒组成的浆液通过简单便捷的热液法在低温下成功制备了纳晶TiO₂多孔薄膜电极. 钛酸四丁酯水解生成的锐钛矿型TiO₂将纳晶TiO₂颗粒之间以及颗粒与导电基底之间牢固连接起来, 形成高度多孔、机械性能稳定的纳晶多孔薄膜. 用导电玻璃及柔性导电基底上制备的这种纳晶多孔薄膜电极组成染料敏化太阳能电池, 在100 mW/cm²光照条件下, 光电转换效率分别达到4.8%和1.9%.     

丝网印刷纳晶多孔TiO2薄膜电极的制备

应用丝网印刷技术制备TiO₂多孔薄膜电极, 采用了不同的印刷胶体, 胶体中的主要成分TiO₂来自商品P25粉末, 各种胶体组成简单, 电极制备前后不需任何化学处理, 在TiO₂固含量及膜厚较低的情况下, 电池的光电转换效率可达5.81％~6.70％, 实验的重复性好, 所制薄膜的性质均匀、牢固.     

TiO2纳米管阵列太阳能电池薄膜材料及电池性能研究

寻找一种新型微结构的纳晶半导体以替代无规则的纳晶半导体是染料敏化太阳能领域研究的一个重要方向, 其中有序的TiO₂纳米管结构是最近研究的热点. TiO₂纳米管阵列作为一种新型的纳米TiO₂材料, 由于其独特的阵列结构和优异的光电、氢敏特性, 引起了人们的广泛关注. 利用TiO₂纳米管阵列薄膜组装的染料敏化太阳能电池体系在AM1.5条件下光电转化效率已达到5.44%. 本文就国内外关于TiO₂纳米管阵列太阳能电池材料的制备方法及TiO₂纳米管阵列太阳能电池存在的问题和最新研究进展进行了介绍.     

磺化酞菁与二氧化钛超微粒之间的相互作用及光电特性

人们广泛开展了用有机染料敏化带隙较宽的半导体研制有机光化学电池,但这些电池的光电转换效率不够理想.研究表明,平滑的电极表面吸附单层染料分子不能有效吸收太阳光;而吸附多层染料虽可以吸收更多的光子,但电阻也增加,总的光电转换效率降低.最近,Gratzel等人用二氧化钛超微粒制备了多孔电极,由于其比表面积大,电极表面能吸附较多的染料分子,因而光电转换效率大大提高.但他们所用的有机染料联吡啶钉仅能吸收500nm左右的光能.因此,寻找一种稳定性好,在近红外区有强吸收的有机光敏染料成为有机光电池研究的热点.酞菁化合物具有良好的光、热稳定性,并在近红外区有强吸收,它是一种优良的光敏染料.本文研究了无中心金属磺化酞菁钠盐(H_2TSPc)、镓磺化酞菁钠盐(GaTSPc)和钛     

TiO2纳米管薄膜的制备及其光散射性能

采用超声水热联合的方法, 用商品P25为原料制备出直径10 nm, 长600 nm的TiO₂纳米管, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子衍射(SAED)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行表征. 用TiO₂纳米管制作薄膜电极并研究其光散射性能, 结果表明TiO₂纳米管可以作为染料敏化太阳能电池中薄膜工作电极内的光散射中心, 增大光能的吸收. 掺有10%小颗粒的纳米管薄膜电极具有强的光散射性能和良好的机械性能, 可用做高效率染料敏化太阳能电池的工作电极.     

柔性染料敏化太阳能电池多孔纳米TiO2薄膜的制备

以商用二氧化钛(P25)为原料, 无水乙醇和蒸馏水为分散剂, 并加入少量的异丙氧醇钛(TTIP)制备二氧化钛浆体. 水热前, 延长浆体搅拌时间对抑制薄膜的开裂有一定作用, 实验发现搅拌48 h较为合适. 少量的TTIP加入后, TiO₂颗粒之间的化学连接性以及TiO₂薄膜与基底的黏结性明显增强. 研究发现紫外处理TiO₂薄膜时间为2 h时效果最佳, 不仅去除了其中的有机物, 而且由此引起的轻微加热对去除薄膜中的少量水分也起了关键作用. 经过TEM, XRD, SEM和电池性能的测试及表征, 结果显示: TTIP水解生成的是锐钛矿型的TiO₂, 当加入TTIP的摩尔百分含量为6%时, 电池性能较好. 在100 mW cm^-2(AM 1.5)模拟太阳光辐照下, 该电池的光电转换效率达到3.84%, 开路电压、短路电流和填充因子分别为0.769 V, 7.20 mA cm^-2和0.686.     

ZnO微米片修饰TiO2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺, 成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO₂纳米晶(TN)薄膜表面上. 用分光光度计研究了400～800 nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能. 结果表明, 在ZnO微米片-TiO2纳米晶( ZT)复合薄膜中, ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力. 同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

聚硅氧烷凝胶网络电解质准固态TiO2纳晶太阳电池

用聚环氧乙烷(PEO)内增塑链及季铵盐侧链并存的新型聚硅氧烷凝胶网络聚合物电解质制备了准固态染料敏化TiO₂纳晶多孔薄膜太阳电池. 在入射光强为60 mW/cm²的条件下, 电池具有较好的光电转换性能, 短路光电流(I_sc)及开路光电压(V_oc)分别达到5.0 mA/cm²及0.68 V, 光电转换效率(h)和填充因子(ff)分别为3.4%及0.60.     

TiO2薄膜的优化及其对染料敏化太阳能电池性能的影响

介绍了染料敏化太阳能电池的制备过程, 深入探讨了二氧化钛薄膜厚度、四氯化钛处理电极及添加大粒子散射层对电池效率的影响. 研究结果表明, 在一定范围内增加TiO₂电极的厚度可以显著提高电池效率, 但当电极过厚时, 薄膜中的缺陷态增加, 降低了电子的传输效率, 导致光电流下降, 电池效率降低; 四氯化钛处理电极增强了基底导电面与薄膜界面以及二氧化钛粒子间的电接触, 加快电子传输使光电流增强; 引入散射层, 提高了电池在长波段的光捕获效率, 从而提高了电池的效率.     

Gd2O3:Eu3+的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用均匀沉淀法制备Gd₂O₃:Eu³⁺下转换发光粉, 对其光学特性进行了分析, 并将其应用到染料敏化太阳能电池中, 将电池吸收很弱的紫外光转化为可被染料吸收利用的可见光, 提高了电池的光电流; 通过Gd₂O₃:Eu³⁺的p-型掺杂效应, 使材料的费米能级上升, 增大了电池的开路电压; 同时, 发光层中稀土氧化物的存在不但能降低激发态染料往TiO₂ 导带注入电子的效率, 而且能在电极表面形成一个势垒抑制电荷复合, 对电池的光电流和光电压都有影响. 当Gd 与Ti 的摩尔比为6:100 时, 电池的光电转换效率达到最大值7.01%, 这比没掺发光粉的电池提高了17.4%.     

模板法制备CdS/TiO2纳米管复合阵列薄膜及其光电性质

采用ZnO 纳米棒阵列为模板在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备了CdS/TiO₂ 纳米管复合薄膜. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收分光光度计(UV-Vis)及表面光电压谱(SPS)研究了不同CdS 沉积时间对复合薄膜的形貌、晶体结构、光电性质的影响. 研究结果表明, TiO₂ 纳米管阵列表面沉积5 min CdS 纳米颗粒后, 其表面光电压信号得到增强, 并且其吸收光谱可拓展到可见光区; 与吸收光谱相对应, 在可见光区出现新的光电压谱响应区, 这一现象说明与CdS 复合可显著提高TiO₂ 纳米管阵列的光电特性; 随着CdS 纳米颗粒沉积时间的增加, 复合纳米管阵列薄膜在可见光区域的光电压强度逐渐减弱, 我们用不同的电荷转移机制对此现象进行了详细的讨论和解释. 除此之外,我们对TiO₂ 纳米管阵列结构的比表面积对复合结构的光电特性影响也做了深入的讨论.     

MEH-PPV/TiO2纳米管混合膜光伏特性的研究

对基于[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)/纳米TiO₂混合材料制备的光电二极管的光伏特性进行了研究. 研究发现, 加入TiO₂纳米管制备的器件具有高的开路电压和短路电流. 通过进一步优化MEH-PPV:TiO₂纳米管器件的材料混合比例, 在500 nm, 16.7 mW/cm²的入射光照射下, 器件的短路电流达到了9.27 mA/cm², 开路电压达到了1.1 V, 功率转换效率相应地达到了0.017%, 其中功率转换效率比没有掺杂的MEH-PPV器件提高了10倍.     

负偏压作用下TiO2膜电极光催化降解染料MG的机理研究

为了揭示TiO₂光催化降解染料的反应机理, 研究了可见光照射下染料孔雀绿的光电催化降解过程, 同时采用扫描电子显微镜与X射线衍射对自制的TiO₂膜电极进行了表征. 通过紫外-可见吸收光谱、总有机碳与电子自旋共振(ESR)技术等, 检测了不同条件下染料降解的动力学及矿化, 外加偏压对光电流的影响, 偏压诱导染料的吸附, 电子在TiO₂电极中的积累, 各种添加剂如苯醌等对降解动力学的影响及活性氧自由基的形成. 结果表明, 通过调节外加偏压与染料的荷电性质可以控制染料与TiO₂电极表面的作用. 阳离子型染料MG在可见光及负偏压作用下发生有效矿化, 而正偏压作用时主要以脱甲基为主. 在负偏压−0.4 V (vs SCE) 的作用下, TiO₂电极与电解液界面同时形成了超氧自由基与染料正离子自由基, 而且这两种自由基的存在对可见光诱导光催化中染料的矿化起着至关重要的作用.     

CdS修饰TiO2纳米管阵列制备及其光电催化产氢性能

为了实现利用可见光高效产氢, 研究开发了具有可见光响应的CdS/TiO₂纳米管阵列光催化剂. 利用电化学阳极氧化法, 在0.15 mol/L NH₄F和0.08 mol/L H₂C₂O₄的电解液中用钛片制备TiO₂纳米管阵列, 纳米管管径为80~100 nm, 管长约为550 nm; 在氨-硫脲体系中通过水浴化学池沉积将CdS纳米颗粒复合在TiO₂纳米管上. 以300 W氙灯为光源, CdS/TiO₂纳米管阵列(2×54 mm×100 mm)作为光阳极, 外加1.0 V槽电压, 0.1 mol/L Na₂S和0.04 mol/L Na₂SO₃为电子给体, 光电产氢速率达到245.4 μL/(h·cm²), 表明CdS/TiO₂纳米管阵列是一种有前景的光催化产氢材料.     

富勒烯薄膜的波导Raman散射增强效应

<正>以C₆₀,C₇₀为代表的富勒烯材料,自Kr(?)tschmer等人发现其有效制备方法之后,已成为材料科学研究的热点之一,被认为在半导体、超导体、有机导体、非线性光学、金刚石薄膜合成、有机化学、医药、润滑等方面有着巨大的潜在应用价值.尤其是作为一种新型光学材料而倍受人们关注.C₆₀由于具有共轭大π电子云体系而表现出强烈的三阶非线性光学效应,使其有可能成为十分有前途的非线性光学材料,而其反饱和吸收特性则使其可以制成光限幅器件、光双稳器件和全光学开关等.本文研究了沉积于粗糙介质表面C₆₀薄膜的波导Raman散射(waveguide Raman scattering).波导Raman散射是结合集成光学和Raman散射的一种测试介质上薄膜性能的灵敏方法,文献[4]报道了C₆₀薄膜的波导Raman散射现象,但是用的光源为100mW的Ar⁺激光.然而,这种较强的激光有可能破坏C₆₀膜中的分子结构诸如发生聚合反应等,从而影响其本征的Raman谱.本文报道了采用30mW的He-Ne激光为激发光源,观察到粗糙介质表面C₆₀薄膜的波导Raman散射增强效应.     

原位生长法制备PET/TiO2纳米杂化纤维及其光催化活性研究

通过水热合成法与电纺丝技术结合制备聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/二氧化钛(TiO₂)纳米杂化纤维, 经过温和条件下水热处理, 在纳米杂化纤维中原位生长纳米TiO₂粒子. TiO₂表面的羟基和PET分子链上的酯羰基通过氢键相互作用, 起到固定纳米TiO₂ 粒子的作用, 避免了光催化过程中TiO₂粒子的脱落, 纳米纤维的多孔结构和高的表面积能够有效吸附有机物质, 使得PET/TiO₂纳米杂化纤维具有良好的光催化活性. 同时, 在循环使用中保持很高的光催化活性, 对于实际应用具有重要的意义.     

染料敏化太阳能电池中聚合物电解质的优化

用纳晶TiO₂及离子液体1-甲基-3-丙基咪唑碘盐两种功能添加剂对PEO聚合物准固态电解质进行优化, 提高了电池的光电性能. 用(PEO)₈︰LiI︰TiO₂︰IE︰I₂ = 3︰3︰3︰7︰1(摩尔比)的电解质组装电池, 在100 mW/cm²光强下电池光电转换效率达到3.2%, 与无功能添加剂的电解质相比, 光电转换效率提高8倍. 电解质体系的电导率研究表明, 电池光电性能的提高与体系电导率的增大密切相关.     

核壳结构α-Fe2O3@Zn2SnO4的水热法制备及光电性能

α-Fe₂O₃ (带隙2.2 eV) 和Zn₂SnO₄ (带隙3.6 eV)两者都是廉价的光电材料, 然而前者光生载流子复合效率较高, 后者只有在紫外光区有光电响应. 本文采用水热法制备了核壳结构的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄复合材料, 利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)及表面光电压谱(SPS)等分析手段进行材料结构、形貌和性能表征. 结果表明, 该核壳结构复合材料的光电响应比单一组分光电响应的强度和范围都有明显的改善. 该复合材料光电响应的改善, 与水热法制备的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄核壳结构有关. α-Fe₂O₃与Zn₂SnO₄复合后Fe_2p的结合能变化明显, 这可能有利于光生载流子分离.     

柔性全有机薄膜场效应晶体管的制备和性能

在聚乙烯基对苯二酸酯基片上依次制备氧化铟锡电极、聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层、并五苯半导体层和金电极, 得到了柔性全有机薄膜场效应晶体管, 器件的载流子迁移率为2.10×10^-2 cm²·(V·s)^-1, 开关电流比超过10⁵. 同时研究了柔性全有机薄膜场效应晶体管在不同曲率半径下的性能.