染料敏化太阳能电池掺杂光阳极的研究进展

文章介绍了染料敏化太阳能电池(DSSCs)的工作原理和过渡金属、非金属及稀土掺杂TiO_2光阳极的研究进展.重点分析了过渡金属、非金属和稀土掺杂的TiO_2光阳极对电子传输、界面电子的复合、染料的吸附量、能带结构以及DSSCs光性能的影响.     

TiO_2形貌对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

在阐述染料敏化TiO_2纳米晶太阳能电池的工作原理的基础上,对采用水热法制备出的TiO_2纳米颗粒、TiO_2微球以及TiO_2纳米杆,用扫描电子显微镜(SEM)对样品表面形貌进行表征,分析其优缺点。制备不同形貌的TiO_2光阳极,利用太阳能模拟器对的四种不同光阳极的染料敏化太阳能电池进行光电性能测试。结果表明:在同等光照条件下,采用复合三层结构的光阳极制成染料敏化纳米晶太阳能电池光电性能最优。     

ZnO/SnO_2核壳结构染料敏化太阳能电池性能研究

文章采用水热/溶剂热法分别合成一维ZnO纳米线阵列及均匀SnO2纳米颗粒,再通过旋涂法合成了ZnO纳米线/SnO2纳米颗粒核壳复合纳米结构。在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中,与单一结构的ZnO纳米阵列或SnO2纳米颗粒光阳极相比,所合成的新型复合纳米结构的光阳极能有效地提高光电性能,短路电流、开路电压及转化效率分别为2.93mA/cm2、0.64V、0.74%。入射光光电转换效率(IPCE)、强度调制光电流谱(IMPS)及强度调制光电压谱(IMVS)的测试结果表明:SnO2纳米颗粒包裹层能增加比表面积,有利于染料的吸附;能有效地抑制ZnO与电解液界面的电子复合,提高了电子寿命。     

SiO2-TiO2复合膜在染料敏化太阳能电池中的应用

文章通过St?ber法合成粒径为300 nm的SiO₂纳米球，将该纳米球以乙醇为溶剂配置成一定浓度的悬浮液，通过旋涂法使其在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSSCs)的光阳极P25上形成一层薄膜，再将形成的P25-SiO₂复合膜放入TiO₂溶胶中浸泡一定时间，使得光阳极上的SiO₂纳米球被TiO₂纳米粒子包裹，形成SiO₂-TiO₂核壳结构薄膜。与没有散射层的DSSCs相比，以该核壳结构薄膜作为DSSCs的光散射层电池的光电转换效率提高了18%。     

具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列薄膜制备及性能测试

首先采用阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列,结合不同的电化学方法制备具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列复合薄膜。结果表明:电解液中加入酒石酸钾钠,采用循环伏安法和恒压沉积法都得到了分散性好,尺寸小而均匀分布的CdSe纳米颗粒。特别是采用循环伏安法制备CdSe/TiO_2纳米管阵列薄膜时,得到直径为15～20nm的立方相CdSe颗粒,且均匀地分布在TiO_2纳米管管内和管口,能够充分地利用TiO_2纳米管阵列的三维结构,形成具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列复合薄膜。光电性能结果表明测试,这种具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列复合薄膜能够充分利用太阳光,并有效地促进光生载流子的分离和传输,呈现出最佳的光电化学性能。     

原位钼修饰TiO_2/BiVO_4异质结薄膜的制备及其光电化学性能

针对TiO_2可见光响应能力不足、BiVO_4光生电子空穴分离能力弱的问题,制备了一种基于钼原位掺杂BiVO_4修饰TiO_2纳米管的高性能Mo-BiVO_4/TiO_2异质结光阳极.实验结果表明,钼掺杂后异质结电极材料的吸收带边约510nm,光电流密度在1.23Vvs.RHE偏压下达到1.48mA/cm2,与未掺杂钼的TiO_2/BiVO_4光电极相比,Mo-BiVO_4/TiO_2光阳极的光电转化效率提高了近50%,光电流密度提高了近2.5倍,光转化效率在0.95Vvs.RHE偏压下提高了2倍,且电极的稳定性较好.     

CdSe/CdS量子点共同敏化TiO_2纳米管阵列光阳极研究

为了探究量子点共敏化对TiO_2纳米管阵列太阳能电池的光电转换效率的影响,采用连续离子层沉积法制备了不同循环沉积次数的Cd Se量子点敏化和Cd Se/Cd S量子点共敏化TiO_2纳米管阵列光阳极,并采用能谱分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外吸收光谱等方法对光阳极进行了表征。以制得的光阳极组装了太阳能电池,并对其光电转换效率和伏安特性进行了测试。研究结果表明:制备的Cd Se/Cd S量子点共敏化太阳能电池比Cd Se量子点单独敏化的太阳能电池更有效地吸收长波太阳光,在波长为575 nm处最大光电转化效率达到35.3%,对640 nm波长的光仍然有超过10%的量子效率;最大短路电流密度为5.45 m A/cm2,开路电压为0.64 V,光电转换效率达到1.95%,Cd Se/Cd S量子共敏化太阳能电池光电转换效率比Cd Se量子点单独敏化的提高了约2倍。     

暴露锐钛矿高能晶面的异质结TiO_2/SrTiO_3光电化学性能研究

通过两步阳极氧化法结合水热法,制备不同水热反应时间条件下的异质结TiO_2/SrTiO_3纳米管阵列,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、场发射投射电镜(FE-TEM)表征手段对异质结TiO_2/SrTiO_3材料进行表征,并通过开路电压谱和瞬态光电流图谱分析对异质结光催化材料的光电化学特性进行了研究,同时紫外光下降解罗丹明B(Rh.B)来研究异质结TiO_2/SrTiO_3材料的光电催化活性和耐光腐蚀稳定性.实验研究表明,TiO_2表面发生原位取代形成Sr TiO_3晶体颗粒,并促使TiO_2锐钛矿(004)晶面的趋向生长.水热1~5,h的异质结TiO_2/SrTiO_3纳米管阵列仍具有较好的催化活性.通过光电性能测试,水热反应2,h后的异质结材料表现出最好的光电化学特性.此外,光电催化结果表明,光电催化200,s、水热反应2,h的异质结材料的降解率是纯TiO_2纳米管的1.71倍,且表现出较好的耐光腐蚀稳定性.     

水热法和电化学表面处理制备高性能Fe_2O_3光阳极

通过水热的方法合成了α-Fe2O3光电极.通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-vis)吸收光谱、扫描电镜(SEM)对α-Fe2O3光阳极进行表征,并对α-Fe2O3光阳极进行了光电化学性能表征.为了提高α-Fe2O3光阳极的光电性能,对制备α-Fe2O3光阳极的条件进行了优化.光电化学测试的结果表明:电化学表面处理能够提高α-Fe2O3光阳极的光电化学性能,并分析了α-Fe2O3光阳极光电性能增加的机理.电化学表面处理有利于光生空穴传递并且减少了电子-空穴对的复合几率,从而提高了α-Fe2O3光阳极的光电性能.     

染料敏化太阳能电池TiO_2光阳极改性研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池DSSC的结构和工作原理,对TiO_2光阳极改性研究进展与成果进行了综述,最后,对未来TiO_2光阳极的研究重点和研究方向进行了展望。     

黑二氧化钛纳米管阵列的制备及其光电转化性能

采用阳极氧化法制备了二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列,通过扫描电镜形貌表征对其制备工艺进行了研究。用高温氢化工艺制得黑TiO_2纳米管阵列,分别通过X射线衍射和紫外-可见光谱对其晶相结构和光吸收性能进行了表征。研究了黑TiO_2纳米管阵列的光电转化性能。研究结果表明:在电解液中水的体积分数为5%、阳极氧化电压为30 V和乙醇溶液中超声处理30 min的条件下,制得的TiO_2纳米管阵列规整有序、管壁光滑且管口干净。经高温氢化处理所制得的黑TiO_2纳米管阵列,对可见光的吸收明显增强。黑TiO_2纳米管阵列表现出了良好的光电转化性能,在施加相对于标准氢电极1.23 V的偏压时,其光电流密度可以达到1.258 m A/cm2。     

TiO_2光阳极有序微结构的纳米压印工艺

提出一种以常温紫外固化纳米压印技术实现定制化微结构TiO_2纳米晶岛薄膜制备的工艺,用于制备垂直于透明导电基底的TiO_2薄膜光阳极.混合TiO_2粉体、分散剂、乳化剂、酒精和光固化树脂等,制备可紫外光固化的TiO_2溶胶,并经步进压印形成宽度为3μm的具有离散纳米晶岛微结构的薄膜,经保压复型优化压印工艺后处理,保证了离散纳米晶岛微结构的高保真度.经600℃烧结去除薄膜中的掺杂物,退火至450℃后获得了定制化微特征的锐钛矿型TiO_2半导体薄膜.在N719染料敏化条件下,制备出了定制化微结构光阳极的染料敏化太阳能电池.AM1.5(0.1w/cm~2)光照条件下的测试实验结果表明,该电池的光电转化效率可达2.7%.此工艺有望应用于制备高稳定性固态或准固态电解质染料敏化太阳能电池.     

电化学表面处理和Ti掺杂制备高光电化学性能的Fe2O3光阳极

通过金属有机物分解的方法合成了Ti掺杂Fe_2O_3光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)对Fe_2O_3光阳极进行表征,并对Fe_2O_3光阳极进行了光电化学表征.为了提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电性能,对Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的Ti掺杂浓度进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电化学性能.说明Ti掺杂和电化学表面处理可以增加Fe_2O_3光阳极光电流.基于Mott-Schottky曲线和电化学阻抗谱(EIS)分析了Fe_2O_3光阳极光电流增加的机理.     

电化学表面处理和Ti掺杂制备高光电化学性能的Fe_2O_3光阳极（英文）

通过金属有机物分解的方法合成了Ti掺杂Fe_2O_3光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)对Fe_2O_3光阳极进行表征,并对Fe_2O_3光阳极进行了光电化学表征.为了提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电性能,对Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的Ti掺杂浓度进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电化学性能.说明Ti掺杂和电化学表面处理可以增加Fe_2O_3光阳极光电流.基于Mott-Schottky曲线和电化学阻抗谱(EIS)分析了Fe_2O_3光阳极光电流增加的机理.     

n-TiO_2多晶薄膜光阳极的掺杂研究

研究了多晶薄膜 n—TiO_2光阳极通过掺杂以扩展其在可见光区的光谱响应。分别掺入的多种非稀土元素均能扩展其光谱响应,与稀土元素一同掺入可同时增加光阳极在紫外区的量子效率。对掺杂 TiO_2光阳极光电化学性能的研究表明,光谱响应的扩展与其禁带宽度的减小有关。     

水热法制备TiO2-ZnO纳米棒分级结构及其光电性能研究

为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO_2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO_2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO_2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO_2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO_2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO_2纳米棒阵列相比,TiO_2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO_2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO_2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。     

石墨烯沉积氮离子注入TiO_2纳米管的光电性能

为了提升TiO_2纳米管的光电性能,使用离子注入技术将氮离子注入钛片基底,在石墨烯掺杂的电解液中对氮离子注入过的钛片进行阳极氧化,形成石墨烯沉积氮离子注入TiO_2纳米管(GO-N+-TiO_2NTs).通过扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射(XRD)和拉曼光谱对TiO_2纳米管进行表征和元素分析,利用电化学工作站对GO-N+-TiO_2NTs的光电性能进行研究.结果表明:与未经处理的TiO_2纳米管(TiO_2NTs)相比,GO-N+-TiO_2NTs的电子还原性能显著提升,在未经紫外光照的情况下,电化学交流阻抗降至5115Ω,紫外光照下的光电流密度达到12m A/cm2,GO-N+-TiO_2NTs的光电性能明显提高.     

TiO_2纳米管的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

以氟化铵的乙二醇溶液为电解液,采用电化学阳极氧化法在钛片表面构筑了一层结构有序、纳米级的TiO_2纳米管阵列膜层,应用扫描电子显微镜(SEM)对膜层的形貌进行了表征,利用X射线衍射(XRD)研究了样品的晶相、结构,并分析了阳极氧化电压对TiO_2纳米管尺寸和结构的影响。结果表明:阳极氧化电压对TiO_2纳米管阵列的结构起到关键的作用,随着纳米管的管径和长度的增加,表面积增大。研究了TiO_2纳米管阵列膜层结构对染料敏化太阳能电池(DSSC)性能的影响。结果表明:二氧化钛纳米管阵列薄膜的管径对电池的效率有显著影响,当管径越大时,填充因子变大,DSSC的开路电压降低,而短路电流变大,光电转换效率也随之提高。     

天然染料敏化太阳能电池研究

通过一种莓叶委陵菜（Potentilla fragarioides）提取的植物色素作为材料制作天然敏化电池（DSSCs）。基于染料在紫外-可见光（UV-1900）下测得的吸收光谱与在DSSCs中的光电性能染料敏化太阳能电池（DSSC）的开路电压（Uoc）、短路电流（Isc）以及光电转化效率（η）的影响。基于染料在DSSCs中的光电化学性能表明,莓叶委陵菜的开路电压（VOC）0.60 V,短路光电流密度（JSC）0.81m A cm^-2和光电转化效率（η）0.59%。     

一步法合成微纳结构TiO_2及在染料敏化太阳电池中的应用

TiO2纳米颗粒具有较高的比表面积及吸附性能,使得其在染料敏化太阳电池中的应用及效率取得了突出的进展.近年来,TiO2微米球由于具有较大的比表面积、对可见光的散射作用强,以及特殊的微纳米结构等特点,倍受人们的关注.因此,为了获得较高的光电转化效率,充分利用各维度微纳米材料的优点,制备复合维度的光阳极结构薄膜是目前研究的热点.在本研究中,我们采用一步法直接合成了TiO2微米球与纳米颗粒共生纳米材料,该共生材料具有较大的比表面积、优良的光散射作用.将其作为光阳极材料应用于染料敏化太阳电池中,与纯微米球及纳米颗粒相比,基于该共生纳米材料制备的光阳极薄膜的染料吸附量大、电子寿命长,有效地提高了电池的短路电流密度,在相同的多孔薄膜厚度为7.2μm时,得到了8.15%的光电转化效率,优于纯微米球的7.60%及纳米颗粒的6.83%.最后,通过加入一层纳米颗粒(4.8μm)进行薄膜结构优化及Ti Cl4处理,基于该共生微纳米结构的太阳电池获得了10.82%的高光电转化效率.