ZnO纳米阵列基钙钛矿太阳能电池的光电性能分析

近年来钙钛矿材料CH3NH3Pb X3(X=Cl,I,Br)因其在可见光范围的吸光系数大、成本低廉、能量转换效率高等优势而得到快速发展.本文采用低温化学水浴沉积制备出有序的Zn O纳米阵列,进一步在Zn O纳米阵列上旋涂不同体系的Ti O2,制备出Zn O/Ti O2复合阵列结构作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层,通过改变Ti O2掺入体系探究电极的微结构变化和电池光电性能.研究表明,Zn O纳米阵列经过Ti O2浆料处理的复合体系组装的电池具有最优的光电性能,进一步考察Ti O2浆料浓度对电池性能的影响表明,当Ti O2浓度为0.1 mol/L时得到最佳性能,其组装电池的开路电压(Voc)达到0.93 V,短路电流(Jsc)为15.30 m A cm-2,填充因子(FF)为43%,效率(η)为6.07%.效率的提升主要是因为钙钛矿能深入Zn O阵列的间隙,同时在阵列的上部形成了均匀致密的覆盖层,有效提高了电池的光俘获,同时抑制了载流子的复合.在Zn O/Ti O2浆料复合阵列结构优化浆料浓度的基础上,进一步对纳米阵列采用Ti Cl4溶液进行处理,电池的光电性能得到大幅提升:Voc=0.99 V,Jsc=19.09 m A cm-2,FF=58%,效率η达到11%.性能提升的原因主要是Ti Cl4溶液对复合纳米阵列的处理,引入了小Ti O2纳米颗粒到Zn O/Ti O2浆料复合阵列结构中,有效地填补了阵列中的间隙,后续旋涂钙钛矿材料,阵列上部的钙钛矿覆盖层和间隙中的钙钛矿纳米晶,其光照后产生的载流子都可以与电子传输层有很好的接触,从而快速地经由Zn O阵列传导至导电衬底,此外小纳米颗粒的引入,也增大了电极的表面积,提高了对钙钛矿物质的吸附,增大了光俘获,因而电池的整体性能都得到提高.     

阳极氧化制备新颖的TiO_2多孔纳米结构膜及其形成机理与应用

采用两步阳极氧化法在钛箔片上制备了TiO_2多孔薄膜,随着阳极氧化的进行,Ti片表面依次出现上下双层纳米多孔结构、内外双层(芯壳)纳米管阵列结构和单层纳米管阵列结构等典型形貌,结合不同时间段的阳极氧化膜的表面形貌、晶体结构、X射线光电子能谱、电流密度随时间变化曲线等,分析了随着氧化进行钛片表面多孔TiO_2纳米膜典型形貌可能的形成机理.上下双层结构纳米多孔膜可能是因为纳米孔孔径强烈依赖于电流密度,而起始阶段的电流密度大小指数下降导致出现上层大孔下层小孔的双层结构;内外双层结构纳米多孔膜的形态可能来自于氧化钛纳米多孔膜从内至外由成分和可溶性不同的氧化钛构成导致;随着氧化进行,内层可溶性大的氧化钛结构逐渐溶解,形成的常见的TiO_2纳米管阵列结构.将阳极氧化得到的稳定的TiO_2纳米管薄膜作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池,研究了其光电性能.基于未经修饰处理的TiO_2纳米管阵列光阳极,其组装电池的能量转换效率(η)可达5.88%,将TiO_2纳米管阵列光阳极进一步采用常用的TiCl_4溶胶处理后,其效率提高到8.47%,在能源转化方面展现了较好的应用前景.     

多孔氮化钒(VN)纳米带气凝胶的制备及其电化学性能

以NH_4VO_3为原料,通过180℃下水热反应和550℃下NH_3处理制备了多孔氮化钒(VN)纳米带气凝胶,并对多孔VN纳米带气凝胶的电化学性能进行了分析.SEM和TEM分析表明所制备的多孔VN纳米带的宽度为100~400 nm,孔尺寸为10~20 nm.电化学阻抗谱分析表明多孔VN纳米带气凝胶对I3.还原反应具有很高的催化活性,电荷迁跃电阻为1.36Ωcm~2.用多孔VN纳米带气凝胶电极组装的染料敏化太阳电池的光电转换效率为7.05%,与传统的Pt电极电池相近.循环伏安和恒流充放电实验表明多孔VN纳米带气凝胶具有较好的电容性能.当电流密度为0.5 A/g时,多孔VN纳米带气凝胶在2 mol/L KOH溶液中的比电容达到292.2 F/g.因此,所制备的多孔VN纳米带气凝胶可以作为高效的电极材料应用于染料敏化太阳电池对电极和超级电容器电极中.     

不同方法制备的Pt对电极染料敏化太阳能电池的光电性能研究

采用磁控溅射（sputtering）、高温热分解（high-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液和低温化学还原（low-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液等方法在FTO导电基片上制备了三类不同的Pt对电极,通过改变磁控溅射时间或旋涂退火循环次数,对FTO上不同对电极的载Pt量进行了调节.分析了三种不同方法制备的对电极的晶相结构、表面形貌以及透光率等特性.基于纳米管阵列和不同条件制备的对电极组装了系列染料敏化太阳能电池.测量了正照射和背照射条件下的电池光电性能,并分析了制备方法对对电极微结构和形貌的影响,以及对组装电池光电性能的影响,并对其各自的适用性和优缺点进行了比较分析.     

硅氧合金薄膜结构光电特性及其在硅基薄膜太阳电池中的应用

硅薄膜合金化可调控硅基薄膜的光学带隙、折射率等特性,是提高硅基薄膜太阳电池性能的重要途径之一.硅氧合金薄膜是由富硅相和非晶富氧相组成的双相体系,具有高电导、宽带隙、低折射率等特性,可用于硅基薄膜太阳电池的吸收层及辅助层,提高太阳电池的性能,是近期硅基合金薄膜的研究热点.本文将概述硅氧合金薄膜的微观结构、光电特性,及其在硅基薄膜电池窗口层、吸收层、中间反射层、背反射层等的应用.     

外延晶体硅薄膜太阳电池的器件模拟及性能优化的研究

由于晶体硅薄膜太阳电池兼有晶体硅太阳电池高效、性能稳定和薄膜电池低成本的优点,是最有可能取代现有晶体硅太阳电池技术的下一代薄膜电池技术.本文利用PC1D软件对外延晶体硅薄膜太阳电池进行了器件模拟.为了使模拟更接近真实的情况,我们采用了更符合实际情况的器件结构和参数设置.在此基础上,全面系统地研究了背表面场（back surface field,BSF）层、基区和发射区参数、晶体硅活性层电学质量、电池表面钝化情况、电池内部复合情况和pn结漏电情况等对外延晶体硅薄膜太阳电池光电性能的影响.在影响外延晶体硅薄膜太阳电池效率的众多因素中,辨认出对电池效率影响幅度最大的3个参数依次是基区少子扩散长度、二极管暗饱和电流和正表面复合速度.通过模拟还发现,基区不是越厚越好,基区厚度的选择必须要考虑基区少子扩散长度的值.当基区少子扩散长度较小时,基区的最佳厚度应小于或等于基区少子扩散长度;当基区少子扩散长度较大时,基区少子扩散长度应至少是最佳基区厚度的2倍.此外,本文不但对模拟结果的现象进行了描述,还深化解释了其变化的物理机制.由于外延晶体硅薄膜太阳电池在器件结构上与晶体硅太阳电池具有很大的相似性,所以本文的结论在某种程度上对晶体硅太阳电池特别是当下研究最热门的薄硅片太阳电池也是适用的.     

石墨浆做背接触层的CdTe薄膜太阳电池的导纳谱表征

本文测试了掺杂石墨浆作背接触层的CdTe薄膜太阳电池的导纳谱,计算得到电池中存在的影响电池性能的缺陷能级及其俘获截面.掺杂石墨浆作背接触层的CdTe薄膜太阳电池中存在三个缺陷能级,其位置Et-Ev分别约为0.34,0.46和0.51eV,对应的俘获截面分别为2.23×10-16,2.41×10-14,4.38×10-13cm2.     

一种新型Pd纳米团簇/TiO_2纳米管复合结构氢传感器的室温氢敏特性研究

将TiO_2纳米管和Pd纳米团簇相复合,用金属Ag作电极,制备出一种新型Pd纳米团簇/TiO_2纳米管复合结构氢传感器,采用SEM对复合结构的微结构进行表征,分析表明Pd纳米团簇孤立地沉积在TiO_2纳米管的管口顶端,XRD对复合材料的晶型分析表明,经过500℃的退火处理,无定型的TiO_2已经转变为锐钛矿和金红石晶型,在室温下,这种复合结构的氢气传感器对不同浓度的氢气具有优异的响应性能,在8000 ppm的氢气浓度下,传感器的响应时间为3.8s,灵敏度为92.05%,利用TiO_2纳米管的表面结构和金属Pd团簇的复合结构特性,可以制备得到在室温下具有响应时间短、灵敏度高等特点的氢气传感器.     

一种染料敏化太阳电池用新型对电极的研究

介绍了一种新型染料敏化太阳电池用对电极结构,由基底材料、一层Al和其上的Pt构成.该新型对电极可以显著提高染料敏化电池的光电转换效率,由通常的3.46%提高到7.07%（AM1.5）.对该新型对电极的电学、光学性能以及耐腐蚀特性等进行了研究,分析了其优缺点,并提出了一系列改进方案.     

Ag-Ag_2S/MoS_2的制备及在无酶电化学过氧化氢传感中的应用

本文设计并制备了一种用于无酶电化学过氧化氢传感的新型银-硫化银/硫化钼复合材料(Ag-Ag_2S/MoS_2).通过将单独合成的MoS_2水分散液和Ag纳米分散液进行混合,利用自组装的方法实现了Ag-Ag_2S/MoS_2复合材料的制备.结果发现, Ag-Ag_2S纳米颗粒均匀生长在由多层片状MoS_2堆积形成的花瓣上, Ag_2S主要存在于Ag纳米颗粒和MoS_2片层的接触界面处.将此复合材料用于电化学传感时,修饰的电极表现出诱人的无酶电化学H_2O_2传感性能,不但具有极宽的线性区间范围(0.01～160 mmol/L),而且保持很好的灵敏度17.1μA (mmol/L)~(-1)cm~(-2)和较小的最低检测限4.8μmol/L.这种优良的性能归因于Ag, Ag_2S颗粒和MoS_2片层三者间的协同作用:Ag和MoS_2本身都具有良好的过氧化氢催化活性, Ag纳米颗粒和1T相MoS_2能显著提高复合材料的导电性能,界面形成的少量Ag_2S为Ag和MoS_2间的电子传输提供了通道.进一步的分析表明,这种基于Ag-Ag_2S/MoS_2复合材料的传感器还表现出卓越的选择性、良好的稳定性和重现性.     

CdTe太阳电池组件的关键技术研究

采用化学水浴法沉积CdTe太阳电池的n型窗口层CdS多晶薄膜, 用近空间升华法制备吸收层CdTe薄膜. 为了获得优质的背接触, 对退火后的CdTe薄膜用湿化学法腐蚀一富Te层, 然后沉积背接触层. 结果表明：具有ZnTe/ZnTe: Cu 复合层的太阳电池性能优于其他背接触结构的电池. 最后, 采用激光刻蚀和机械刻蚀相结合, 制备了glass/SnO₂:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni太阳电池小组件, 其中一个CdTe太阳电池小组件的效率达到了7.03% (开路电压V_oc = 718.1 mV, 短路电流I_sc = 98.49 mA, 填充因子53.68%, 面积54 cm²) (由中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心测量).     

少子寿命跟踪在异质结电池生产中的应用

异质结电池是量产的高效晶体硅太阳电池之一,开发简单有效的监控方案是规模化生产的前题.通过监测a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i),a-Si:H(p~+)/a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/a-Si:H(n~+),TCO/a-Si:H(p~+)/a-Si:H(i)/c-Si/aSi:H(i)/a-Si:H(n~+)三种异质结的有效少子寿命来监控太阳电池生产过程中各层薄膜的沉积质量,追踪电池性能,结果发现,各异质结的隐性开压(impliedVoc),赝填充因子(pFF)等在低于~2ms时,与寿命呈明显的正相关关系,而当少子寿命超过~2ms时,上述电参数变化很小,趋于饱和状态,最终的电池效率也遵循这一规律.这可以解释为硅材料在非平衡态下的费米能级之差随着表面复合的减少趋于极大值所致.研究表明,采用少子寿命跟踪的方法,可以判断非晶硅层的质量、透明氧化物薄膜沉积过程中对非晶硅的轰击损伤、分析和预测电池性能,同时可监控产线的稳定性和异常情况.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)薄膜.制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,而且表面平整致密.对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时,剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm2,矫顽电压2Vc大约为4.1 V;经过1×1010次极化反转后,剩余极化值下降了大约10%;漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能.室温下,在测试频率1 kHz时,薄膜的介电常数为176,介电损耗为0.046.     

基于棋盘型高拓扑热沉结构不同喷嘴射流分布结构的数值研究

电子或电力电子芯片的高密度热流换热问题是制约芯片技术的核心问题之一.本文针对棋盘型喷嘴射流/歧管/微针翅复合结构拓扑形态设计和几何构造参数影响关系进行数值模拟研究.建立喷嘴阵列在正方形、正六边形和菱形三种拓扑结构下换热单元的计算模型,分析各拓扑结构不同参数尺度的流动换热性能.计算结果表明,当射流孔和微针翅的直径分别为50和100μm时,正六边形喷嘴阵列拓扑下复合换热结构压降较小,但换热效果也受到局限;菱形喷嘴阵列拓扑虽然具有最高的局部对流换热系数(150000 W/(Km~2)),但微针翅表面的换热系数较低,温度分布的不均匀程度较大;正方形喷嘴阵列拓扑下热沉的性能具有显著优势,压降仅3150 Pa时,总热阻低至0.099×10~(-4)Km~2/W.该复合热沉结构具有高拓扑性,易于与不同形状大小的芯片相结合,在进一步降低结构尺度和接触热阻后,将在高热流密度芯片冷却领域展示出更好的应用潜力.     

多孔Cu2O／SnO2复合薄膜的制备及其可见光催化降解罗丹明B的性能

采用浸渍-沉积方法在电沉积的多孔Cu薄膜上修饰一层纳米SnO2,经低温热氧化处理制备出多孔Cu2O／SnO2复合多层薄膜。运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线粉末衍射仪（XRD）、紫外可见漫反射光谱（UV—vis DRS）和荧光光谱（FS）技术表征了薄膜的结构、形貌和光学性质。测试了薄膜在可见光下降解罗丹明B（RhB）的性能。结果表明,在30℃的0．2mol／LCuSO4＋1．5mol／L H2SO4镀液中,以1.5A／cm^2电流沉积20s得蓟的多孔Cu薄膜,在SnO2溶胶中浸渍10s并重复5次,再经空气气氛下100℃焙烧30min,锻得的多孔复夸薄膜显示良好的可见光催化降解RhB的性铯。     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT)薄膜. 制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时, 剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm², 矫顽电压2Vc大约为4.1 V; 经过1×10^{10次极化反转后, 剩余极化值下降了大约10%; 漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能. 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为176, 介电损耗为0.046.}     

中国传统糖水灰浆和蛋清灰浆科学性研究

红糖灰浆和蛋清灰浆作为我国传统石灰浆,在岭南等地区具有广泛应用.本文以这两类灰浆为研究对象,通过实验室模拟样品的物理性能测试以及灰浆固化后的成分和结构分析,探讨糖和蛋清对灰浆性能的影响及作用机理.结果表明,蔗糖对石灰浆具有减水作用,2%的蔗糖含量减水效果就达到20%以上,能有效降低灰浆干缩开裂的风险.但是,蔗糖含量提高会影响灰浆的抗压强度和耐水性能.蛋清对石灰浆具有增稠、提高粘结性、自修复能力和减小开裂风险的作用,但是对灰浆的抗压强度和表面硬度有一定负面影响.主要原因是蛋清的加入使灰浆结构致密,减缓了碳化作用但它会在固化后的灰浆表面聚集,形成较多小孔,影响灰浆表面性能.建议这两类添加剂的使用量在4%以下.     

微生物细胞溶胶-凝胶法磁性化研究

以微生物细胞为模板可制备具有多样形状的磁性或导电微颗粒．本文探讨微生物细胞溶胶一凝胶法磁性化的可行性,以尺寸在微米级的具有天然螺旋形体的微生物材料螺旋藻的细胞为模板进行细胞溶胶．凝胶法包覆磁性材料铁氧体的工艺研究,并通过光学显微镜、扫描电镜、电子能谱、透射电镜、X射线衍射对其细胞形态、表层成分、相结构进行观察与分析．结果表明,螺旋藻细胞经溶胶．凝胶处理后表面能包覆上铁氧体材料;其天然螺旋形体可保持良好,得到的单体表面磁性层厚度、成分基本均匀,在文中试验条件下,细胞表层铁氧体为立方尖晶石结构的Fe3O4;还可观察到细胞内部有纳米颗粒产生,同时细胞间横壁也有沉积．还探讨了微生物细胞溶胶．凝胶法磁性化工艺过程的物理化学反应机理．     

不同电子受体诱导活性污泥生物质内源减量

活性污泥法是世界上应用最广泛的污水处理工艺.该工艺在净化水质的同时会产生大量的剩余污泥,而剩余污泥处理处置已成为该工艺发展的瓶颈.尽管现有污泥减量技术能够降低污泥产量,但是这些技术自身涉及能量和化学品的消耗,有悖于可持续污水处理的理念.在新陈代谢中,细菌合成取决于电子传递过程中所产生的能量(三磷酸腺苷ATP).不同电子受体因电子传递路径差异导致能量产率不同而影响细菌产率.本研究基于上述分析,以低溶解氧活性污泥工艺为研究对象开展不同电子受体诱导污泥减量性能与机制研究.在低溶解氧下的活性污泥微生物种群结构中, 29.7%的微生物为缺氧菌,这些缺氧菌能够利用NO_x~-为电子受体.基于热力学电子当量模型及电子传递模型推导出:微生物利用NO_x~-作为电子受体时的能量(ATP)产量仅为以O_2为电子受体时的2/3.胞外蛋白质组学揭示:低溶解氧系统中,微生物胞外蛋白中涉及电子传递和质子传递的蛋白丰度为8%和4%;而传统活性污泥系统中这个比例仅为2.9%和2%. NO_x~-作为电子受体时,更多的蛋白参与了电子传递过程.在低溶解氧系统和常规活性污泥系统中具有氧化还原催化活性的蛋白占23.7%和10.7%.这证实微生物以NO_x~-作为电子受体时电子传递活性更加活跃.电子受体的改变诱导了分解代谢与合成代谢之间的基质分配发生变化,微生物以NO_x~-作为电子受体参与细胞合成的电子供体fs明显小于O_2为电子受体的值.微生物以NO_x~-作为电子受体时,更少的能量和物质用于细胞合成,更多的能量被耗散掉.在无需额外的能量和资源消耗下,低溶解氧活性污泥系统获得15.4%的污泥减量效率.本研究成功地诱导微生物转换电子受体实现污泥减量.     

多孔硅反射镜基有机微腔器件的微结构和光电特性研究

从微结构和光电特性方面研究了一种新型硅基微腔的有机发光器件(SBM-OLEDs): 硅基多孔硅分布Bragg反射镜(PS-DBR)/SiO₂/ITO/有机多层膜/LiF/Al(1 nm)/Ag. 微腔器件的重要组成部分PS-DBR由低成本、高效率的电化学腐蚀方法制备. 场发射扫描电子显微图清晰显示: SBM-OLEDs具有纳米级层次结构和平整的界面. PS-DBR反射谱的阻止带宽160 nm, 且反射率达99%. SBM-OLEDs的反射谱中出现了标志此结构为微腔的共振腔膜. 在绿光和红光波段, 从SBM-OLEDs中都得到了改进的电致发光(EL)谱: 绿光(红光)EL谱的半高宽可由无微腔的83 nm (70 nm)窄化为有微腔时的8 nm (12 nm), 且为单峰发射, 微腔器件EL谱的色纯性有较大提高. 与非微腔器件相比, 发绿光和发红光的微腔在谐振波长处EL的强度分别增强了6倍和4倍. 对微腔器件的电流-亮度-电压(I-B-V)特性和影响器件寿命的因素也进行了讨论.