染料敏化TiO_2单晶纳米棒阵列太阳电池的性能

采用水热法一步合成出TiO2单晶纳米棒有序阵列,进而制备出染料敏化太阳电池。重点探讨了退火时间变化对电池光电转化效率的影响。研究结果表明,与未退火的纳米棒组装而成的电池相比,退火后的纳米棒电池显示出更高的光电转化效率。并且当退火时间为7 min时,光电转化效率最高(5.05%),提高到未退火电池光电转化效率的300%以上。电池性能提高的原因有:TiO2纳米棒阵列与衬底间结合力的增强有利于电子传输;表面态缺陷的减少有利于抑制光生载流子的复合。结合SEM,TEM和J-V曲线等表征手段探讨了这一现象背后的物理机制。     

CdS薄膜的制备及其性能

采用化学池沉积(CBD)法,在三种衬底(玻片、ITO玻片、SnO2玻片)上沉积CdS薄膜,并利用扫描电镜(SEM)、透射光谱、X射线衍射(XRD)和微电流高阻计等方法对沉积膜进行了测试分析,计算出CdS薄膜的能隙宽度和电导激活能,阐述了CBD法中CdS薄膜的生长沉积机制以及不同衬底对沉积效果的影响.结果表明:不同衬底的成膜效果差异较大,其中以SnO2玻片效果最佳.     

CdS薄膜的制备及其性能

采用化学池沉积(CBD)法,在三种衬底(玻片、ITO玻片、SnO2 玻片)上沉积CdS薄膜,并利用扫描电镜(SEM)、透射光谱、X射线衍射(XRD)和微电流高阻计等方法对沉积膜进行了测试分析,计算出CdS薄膜的能隙宽度和电导激活能,阐述了CBD法中CdS薄膜的生长沉积机制以及不同衬底对沉积效果的影响.结果表明:不同衬底的成膜效果差异较大,其中以SnO2 玻片效果最佳     

ZnO纳米棒光阳极的制备及其天然染料敏化研究

采用溶胶-凝胶法和旋转涂覆法在FTO导电玻璃上制备ZnO种子层,以Zn(NO3)2和六亚甲基四胺(HMT)的混合溶液为生长液在ZnO种子层上制备出ZnO纳米棒薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对ZnO种子层及纳米棒薄膜的晶相及表面微观形貌进行了表征;研究了生长液浓度、生长时间对ZnO纳米棒薄膜生长的影响。实验表明,制备排列整齐的ZnO纳米棒阵列薄膜最佳条件为90℃环境下,基底竖直放置在0.025mol/L的生长液中,生长4h,纳米棒平均直径80nm左右。从新鲜草莓、桑葚中提取天然色素,对ZnO纳米棒电极进行敏化,组装成光电池;测试敏化电极的吸收光谱及光电池的伏安特性曲线。结果表明,桑葚色素在可见光区有更强的吸收特性,由桑葚色素敏化的电极组装的光电池,在模拟太阳光下,得到开路电压为228.75mV,短路电流为189μA,填充因子为0.37,光电转换效率为5.5×10-4。     

TiO_2纳米管柔性光阳极制备及其光电性能

采用电化学阳极氧化法在钛箔表面制备了TiO2纳米管阵列膜层,形成TiO2纳米管柔性光阳极并应用于染料敏化太阳电池(DSSC)。用X射线衍射、扫描电镜及紫外可见光谱仪对纳米管阵列的物相、微观形貌及光学性能进行表征,探讨了阳极氧化时间和TiCl4处理对TiO2纳米管光阳极组装DSSC光电性能的影响。结果表明,500℃热处理后,出现明显的锐钛矿型TiO2的特征峰,且TiO2纳米管阵列垂直取向、排列紧密,长度约为23.17μm,其吸光度比TiO2纳米颗粒薄膜高;与未经TiCl4处理相比,经TiCl4处理的氧化时间为9 h的TiO2纳米管组装DSSC的光电转换效率提高了5.80%,其开路电压为0.76 V,短路电流密度为6.92 mA·cm-2,填充因子为0.45,光电转换效率达到2.37%。     

Fe掺杂TiO_2纳米线阵列的制备及光催化性能研究

用脉冲电磁场辅助水热合成法制备了Fe掺杂TiO_2纳米线阵列,利用SEM和XRD对其形貌和物相结构进行了分析,考察了Fe掺杂TiO_2纳米线阵列对甲基橙溶液的光催化性能。结果表明:所制备的TiO_2纳米线阵列生长完好,大小均匀,结构为金红石型,但衍射峰强度低而宽,晶格发生畸变,这样会提高光催化性能。当脉冲电压为500 V,脉冲时间为60 s,脉冲频率为3 Hz时,9%(质量分数)Fe掺杂的TiO_2纳米线阵列有最强的光催化降解能力,在紫外光下照射2 h,其对浓度为0.02 g·L~(–1)的甲基橙溶液的降解率可达50.28%。     

TiO2纳米棒光阳极的制备及性能改进

首先采用水热法制备 TiO2纳米棒光阳极,并引入 Au@SiO2纳米颗粒对其性能进行改善。结果表明,Au@SiO2纳米颗粒的引入虽然增强了光吸收,但同时减少了染料在 TiO2纳米棒上的吸附量,反而导致了电池器件性能的下降。因此,在 TiO2纳米棒/Au@SiO2纳米颗粒结构上进一步生长一层 TiO2钝化层：一方面可增加染料吸附量;另一方面有利于减少电荷复合。基于这种光阳极组装的染料敏化太阳能电池获得了 2.34%的光电转换效率,较单一 TiO2纳米棒光阳极组装的电池效率提高了 60%。     

CdS/TiO_2球棒结构异质结的合成及其光电化学性能研究

利用循环伏安电沉积法将CdS纳米颗粒沉积在TiO2纳米棒阵列上制备了CdS/TiO2复合薄膜,采用XRD、SEM和UV-Vis分光光度计对样品的晶体结构、微观形貌和光学性质进行了表征,并研究了紫外光预处理TiO2对复合薄膜的结构和光电化学性能的影响。结果表明,制备的TiO2薄膜为沿c轴择优取向的金红石单晶,CdS成功电沉积到TiO2纳米棒的顶部形成了CdS/TiO2球棒结构异质结,所制复合薄膜的光吸收边均扩展到了可见光区域。特别是对TiO2纳米棒阵列进行紫外线照射预处理后,复合薄膜中CdS的含量显著提高,其表现出更好的光电化学性能。     

TiO2纳米管阵列对染料敏化太阳能电池性能的影响

通过恒压阳极氧化法在Ti箔表面制备了结构规整的TiO2纳米管阵列,研究了氧化时间和退火温度对纳米管阵列的尺寸和晶体结构的影响。用制得的纳米管阵列电极组装了染料敏化太阳能电池(DSSC),研究了纳米管长度、退火温度和电极面积对DSSC光电性能的影响。结果表明,纳米管管径和壁厚均与氧化时间无关,而纳米管长度则随着氧化时间延长而增加。在450℃及更低温度退火时,纳米管中只出现锐钛矿相;而在500℃退火时,纳米管中则又出现了金红石相。由厚度为27μm、退火温度为450℃的纳米管阵列电极组装成的DSCC具有最佳的光电转化性能。DSCC的光电转化效率随电极面积的增加而降低。     

SnO2纳米棒阵列的制备及光学、场发射性能研究

采用简单的一步水热法直接在不锈钢基底上制备了不同形貌的SnO2纳米棒阵列。利用X射线衍射（XRD）,扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、 分光光度计、场发射装置对材料的结构、形貌、光致发光谱和场发射特性进行了表征。XRD结果表明不锈钢基底上制备的样品为四方晶系金红石结构。SEM和TEM结果表明不同的反应条件下都能够在基底上大面积的垂直生长单晶SnO2纳米棒阵列,但是形貌和尺寸发生了改变（A:针尖状,B:铅笔状）。室温下的光致发光光谱（PL）表明两种样品在367、392、419 nm处分别存在较强的发射峰,并且紫外光峰强与可见光峰强比值较大,说明样品的结晶质量较好。场发射测试结果表明:两种样品的场发射都是通过电子隧道效应进行的,且样品A的场发射性能优于样品B。     

聚乙二醇共水热合成TiO2纳米晶多孔薄膜

以钛酸丁酯为原料,在水热过程中加入聚乙二醇(分子量2 000)合成TiO2纳米晶,并制备多孔薄膜用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、台阶仪、紫外-可见分光光度计(UV-vis)对纳米晶粒的晶体结构、薄膜的表面形貌、厚度和光学吸收性能以及电池的光电能量转换性能随聚乙二醇的加入量变化的规律进行了探索。结果表明,聚乙二醇的加入抑制了锐钛矿相TiO2晶粒的生长,诱导了金红石相的形成。当聚乙二醇的加入量为TiO2质量的5%时性能达到最佳,采用单层多孔薄膜以及不添加四-叔丁基吡啶的电解质组装的电池获得了2.86%的光电能量转换效率。     

水浴沉积法制备硫化镉薄膜的初步研究

采用化学水浴沉积法制备了半导体薄膜硫化镉（CdS）太阳能电池材料,对影响成膜的因素以及薄膜的结构和光学性能进行了初步测试研究。结果表明,反应溶液的pH值以及薄膜的退火温度是影响成膜的重要因素。实验中pH值范围控制在10．5—10．8之间,最佳退火温度为400℃。另外退火时滴加CdCl2溶液并将其涂抹于薄膜表面,可以使薄膜在可见光范围的透过率得到进一步的提高。     

溶液PH值对CdS薄膜结构特性的影响

采用化学水浴沉积(CBD)工艺在玻璃衬底上制 备CdS薄膜,研究溶液PH值对CdS 薄膜结构特性的影响。薄膜的厚度、组份、晶相结构和表观形貌分别由台阶仪、X射线荧光 光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)来表征。溶液的 PH值为11.26、 11.37和11.48时,CdS薄膜的晶相以六方相为主,薄膜的厚度先增大后减小; PH值为11.62、11.66时,薄膜的晶相以立方相为主,薄 膜的厚度进一步减小。同时,随着溶液PH值 增大,CdS薄膜的晶格常数也逐渐增大。两种晶相的CdS薄膜缓冲层与CIGS薄膜分别构成异 质 对形成异质结时的晶格失配分别为32.297%和1.419%,界面态密度分别为2.792×10¹⁴和8.507×10¹²,因此高效CIGS薄 膜太阳电池更需要立方相的CdS薄膜。     

化学水浴法制备CdS薄膜退火工艺的研究

基于化学水浴沉积法以硫脲为硫源,醋酸镉为镉源,氨水作为缓冲剂,制备太阳能电池用半导体薄膜硫化镉(CdS),研究不同的退火温度和是否涂敷CdCl2溶液对CdS薄膜的影响。采用X线衍射仪、电子扫描电镜和紫外/可见光分光光度计研究了不同退火工艺对硫化镉薄膜的结构、形貌及光学特性的影响。实验表明,悬涂CdCl2溶液退火处理可明显改善CdS薄膜的结晶及其光学性质,最佳退火温度为400℃,退火时间为60min。     

29种天然染料敏化的太阳电池的性能研究

采用超声波萃取法从29种天然植物中提取染料, 测试天然染料的紫外-可见光(UV-vis)吸收光谱,探讨天然染料所 含的色素种类。采用水热法制备了TiO₂薄膜电极,用所提取的29种天然染料敏化TiO₂光 电极并将其组装成染料敏化太阳电池(DSSCs)。测试天然染料敏化的DSSCs 的光电性能结果显示,天然染料敏化的DSSCs的开路 电压Voc为0.46~0.64 V,短路电流I_sc为0.07~3.61mA· cm－2,其中山竹皮敏 化的DSSCs光电性能最佳,对应的I_sc和光电转换 效率η分 别为3.61mA·cm－2和2.13%。从天然 染料中挑选出7种不同吸收波段色素的染料进行协同敏化,UV-vis吸收光谱测试结 果显示混合染料的吸收峰一般有微小偏移。光电性能测试结果表明,协同敏化后的DSSCs的 性能一般都介于天然染料单独敏 化的两个DSSCs的性能之间,其中山竹皮和芥蓝协同敏化的DSSCs的η最高,为1.70%。对实验结果进行深入分析,探讨提高天然染料 敏化的DSSCs光电性能的途径。     

对低温下制得的CdS薄膜电学性质的研究

采用化学水浴沉积法研究在低温条件下以及硫尿浓度不同的溶液中生长出的硫化镉薄膜的电学性质。采用X-射线衍射(XRD)仪确定退火后的样品是六方相,在(002)、(112)和(004)方向优势生长;使用紫外-可见分光光度计发现各样品的光学性质符合硫化镉作为窗口材料的要求;利用原子力显微镜发现各样品的晶粒形状、均匀性和致密性差异较大;利用化学工作站进行样品的电容-电压测试发现,各样品的掺杂浓度差异很大,其中有的样品掺杂浓度为1.2×1017cm-3,这样的掺杂浓度适合制造光电器件。