染料敏化太阳能电池及TiO2基光阳极的研究进展

随着人们对于能源需求量的增加,染料敏化太阳能电池作为一种清洁的能量收集装置得到广泛研究。染料敏化太阳能电池是通过染料来获得光电子,利用自身的氧化还原产生电流,但由于光阳极材料的比表面积和电子传输速率提升困难等因素,在实际应用中受到限制。总结了染料敏化太阳能电池的结构和工作原理和研究进展,对它们的优缺点进行分析,提出染料敏化太阳能电池发展中存在的问题和挑战,并对染料敏化太阳能电池光阳极的趋势进行了展望。     

NiCr_2O_4/TiO_2薄膜光阳极的制备及性能研究

采用柠檬酸法制备了尖晶石型NiCr2O4纳米晶,然后掺合到P25(degussa TiO2)中,制备成NiCr2O4/TiO2薄膜光阳极,并组装成染料敏化太阳电池(DSSC),对其光电性能进行表征。研究发现NiCr2O4/TiO2形成界面势,NiCr2O4的扩散形成电势分布,促使光生电子和空穴向相反方向迁移。当NiCr2O4含量为1%(质量分数)时,与纯TiO2薄膜光阳极相比,光电转化效率(η)提高了30.8%,电池单色光转化率(IPCE)提高了13%(500nm)。     

染料敏化太阳能电池光阳极TiO2薄膜的研究进展

在概述染料敏化太阳能电池工作原理基础上,着重分析电池光阳极TiO2薄膜的特性,并指出该薄膜在电池中所起的作用:负载染料、收集光生电子、分离电荷和传输光生电子;继而从表面修饰、离子掺杂、量子点敏化、制备复合薄膜、设计微观有序空间结构、设计核壳结构以及多手段共改性等方面对TiO2薄膜改性手段进行综述,并详细分析改性手段优化染料敏化太阳能电池性能的原因;最后,提出应把优化光阳极TiO2薄膜制备工艺及探讨薄膜接触面工作机理等作为今后的研究重点。     

染料敏化太阳能电池TiO2光阳极的最新研究进展

纳米TiO_2是目前性能最为优良的染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极材料。结合近年来太阳能电池中TiO_2光阳极的研究进展,简述了TiO_2光阳极的制备方法,详细论述了其结构和材料方面(离子/元素掺杂、复合材料和表面处理)的优化及其敏化,并对其发展及应用前景进行了展望。     

ZnO调制改性染料敏化太阳能电池TiO2光阳极研究

采用丝网印刷的方式制备了染料敏化太阳能电池的TiO2薄膜光阳极、TiO2-ZnO复合薄膜光阳极以及TiO2/ZnO双层薄膜光阳极,研究了ZnO对TiO2薄膜光阳极的调制改性作用。研究结果表明分别以醋酸锌和ZnO直接掺杂制备的TiO2-ZnO复合薄膜光阳极同未掺杂的TiO2薄膜光阳极相比,以醋酸锌为原料制备的复合薄膜光阳极使电池转换效率提高了1倍,而由于微米量级的ZnO的粒径大,用其作原料制得的复合薄膜光阳极反而使电池的转换效率有所降低。以醋酸锌为原料制备的TiO2/ZnO双层薄膜光阳极同TiO2薄膜光阳极相比,电池转换效率提高了13倍,通过性能优化后电池的转换效率达到4.7%。     

量子点敏化太阳能电池TiO2光阳极研究进展

不同结构的TiO_2光阳极对量子点敏化太阳能电池(QDSCs)性能有着重要影响,通过构筑不同纳米结构的TiO_2光阳极,能够有效提升电池性能。介绍了QDSCs的结构和基本原理,重点综述了不同结构的TiO_2光阳极,如零维(0-D)纳米结构、1-D纳米结构、2-D纳米结构及其它复合纳米结构在QDSCs中的应用现状和发展趋势,同时讨论了不同结构TiO_2光阳极的优缺点。最后,指出了可能提升QDSCs效率的有效途径。     

TiO2/PEN表面改性对柔性DSSC性能的影响

对于柔性DSSC的透明光阳极而言,在低温下制备出结晶性高、颗粒间结合性能良好的TiO₂薄膜是其获得优异光电性能的关键。本文通过对比三种不同浆料添加剂(盐酸、乙二醇乙醚、小颗粒凝胶)对DSSC光电性能的影响,发现小颗粒凝胶的加入可以显著提高器件的光电性能。在此基础上,优化了小颗粒凝胶添加量及退火工艺,得出了最佳制备工艺条件,最终获得短路电流密度为8.14 mA/cm²、填充因子为67.9%、光电转化效率为4.1%的DSSC。进一步研究表明,小颗粒凝胶的加入一方面可以增强TiO₂颗粒之间的连接,从而提高TiO₂的成膜质量;另一方面可以增加TiO₂薄膜对光的散射,从而提高电池的吸光率。     

尖晶石型CoFe2O4/TiO2磁性光催化剂的制备及其性能

首先采用化学共沉淀法制备尖晶石型CoFe2O4,然后采用溶胶-凝胶法与钛酸丁四酯复合制备不同CoFe2O4载量(质量分数,下同)的CoFe2O4/TiO2磁性光催化剂。再利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、同步热分析仪(TG-DSC)和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)分别对物相、形貌、磁学性能等进行了分析和表征。最后在300 W紫外灯(主波长为253.7nm)照射下降解一定浓度的甲基橙溶液,研究不同CoFe2O4载量的CoFe2O4/TiO2磁性光催化剂在相变温度下对甲基橙溶液降解效果。结果表明,合成的CoFe2O4结晶度高,粒径为10～20nm,具尖晶石结构。CoFe2O4能较为均匀地负载于TiO2表面,CoFe2O4/TiO2磁性光催化剂具有超顺磁性。CoFe2O4/TiO2磁性光催化剂对甲基橙降解性能随CoFe2O4载量增加而降低。     

片状磁性纳米TiO2/SiO2/NiFe2O4制备及光催化性能

以锐钛矿磁性纳米TiO2/SiO2/NiFe2O4(TSN)为原料,采用水热法制备了片状磁性纳米TSN.利用XRD、TEM等技术对样品进行了表征.水热法处理后核壳结构的TSN部分转变为片状,催化剂磁性增强.以亚甲基兰溶液为模拟水样测试了样品的光催化性能,考察了催化剂加入量、反应时间、pH值等因素的影响.实验表明:片状磁性纳米TSN光催化性能明显优于粒状TSN.片状TSN具有良好的吸附性能,提高了光催化反应的初始速率.用于处理亚甲基兰废水时受pH值的影响较小,1小时的脱色率在90%以上.     

TiO2纳米晶空洞光阳极在染料敏化太阳能电池中的光电增效性能研究

以含炭微球作为模板,制备了TiO₂纳米晶空洞光阳极用于染料敏化太阳能电池(DSSC),通过调整模板的添加量,实现了空洞数目在光阳极中的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的形貌和结构。结果表明：基于TiO₂纳米晶空洞的DSSC,在标准太阳光强度(100mW/cm²)辐照下,最佳的短路电流密度(J_sc)可以达到18.31mA/cm²,开路电压(V_oc)为0.701V,填充因子(FF)为0.578,电池效率(PCE)达到7.4%,相比基于TiO₂纳米晶的DSSC 4.4%的电池效率,提高了68.18%,其中J_sc的显著提高是电池效率提升的主要因素。光散射、电子寿命的分析表明,适当的空洞结构可以增加光阳极对可见光的散射作用,通过可见光在空洞结构中的多次反射使染料能被多次激发产生光生电子,从而提升了光捕获效率和电子寿命,最终实现了DSSC性能的提高。     

Zn掺杂CuO/CuAl2O4复合空心球的制备及光催化性能

以葡萄糖为模板, 硝酸锌、硝酸铜和硝酸铝为原料, 采用水热法制备高比表面Zn-CuO/CuAl₂O₄复合空心球。采用XRD、SEM、HRTEM、BET、DRS和PL等手段对样品进行表征, 结果表明: 在600℃下焙烧的Zn-CuO/CuAl₂O₄复合物呈空心球状, 球体直径约为2 μm, 比表面积高达214.97 m²/g。引入Zn有助于提高样品对紫外和可见光的吸收能力, 减少光生电子空穴对的复合, 光催化活性显著提高。在模拟太阳光照下, 以甲基橙溶液为目标降解物, 考察样品的煅烧温度和Zn加入量对光催化活性的影响。当Zn加入量为0.5wt%, 煅烧温度为600℃时, 样品的光催化活性最佳。光照60 min, 0.5 g/L光催化剂用量对25 mg/L甲基橙溶液的脱色率高达97%。     

CuAl2O4掺杂改性TiO2薄膜的制备与可见光催化性能研究

采用溶胶-凝胶方法在玻璃基片上制备了CuAl2O4掺杂改性的复合薄膜．研究了CuAl2O4的掺杂量、光照时间、薄膜厚度对TiO2复合薄膜光催化性能的影响，利用可见-紫外分光光度计测定酸性红B降解前后516nm处的吸光度，依此计算出薄膜对染料的降解率．借助于紫外可见光谱、X射线衍射、接触角测定仪等研究了薄膜的结构与性能．结果表明：随着CuAl2O4掺杂量的增加，TiO2复合薄膜对酸性红B水溶液的可见光降解脱色率增大．采用吸收光谱确定了CuAl2O4掺杂量为0％、0．5％、1％、1．5％％（摩尔分数）的TiO2复合薄膜的激发极限波长，分别是350、370、380、430nm，吸收边向可见区红移了20-80nm，可见光吸收范围明显扩大．     

燃烧法合成CuAl2O4及其光催化性能的研究

讨论了不同的合成方法、点火温度、燃料的量、络合剂的量对燃烧法合成CuAl2O4的影响。在燃烧法中加入络合剂柠檬酸合成前驱物，可以成功地合成出粒径较均一且晶相纯度较高的纳米CuAl2O4。光催化降解甲基橙的实验表明，当pH值为7时的光催化效果较好，表观反应速率为0．003。     

染料敏化太阳能电池TiO2薄膜的制备方法

阐述了对应用在染料敏化太阳能电池中作为电极的TiO2薄膜的要求,对如何能制备出具有较好电池性能的TiO2薄膜电极的方法进行了综述,分析了各种方法的优劣,对未来染料敏化太阳能电池中TiO2薄膜的制备方法提出了建议。     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。     

CoFe2O4-Co3Fe7纳米粒子及CoFe2O4/多孔碳的制备及其电磁性能研究

在5% H₂+95% N₂气氛下,还原CoFe₂O₄纳米粒子制备了CoFe₂O₄-Co₃Fe₇纳米粒子;以焙烧黄麻纤维得到的多孔碳纤维为碳源用水热法将CoFe₂O₄纳米粒子负载到多孔碳中,制备出CoFe₂O₄/多孔碳。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪、同步热分析仪等手段对材料进行表征,并使用矢量网络分析仪测量了复合材料的电磁参数和微波吸收性能。结果表明,CoFe₂O₄-Co₃Fe₇纳米粒子和CoFe₂O₄/多孔碳的微波吸收性能明显优于CoFe₂O₄纳米粒子。CoFe₂O₄-Co₃Fe₇纳米粒子的有效频宽(反射损耗<-10 dB的频率宽度)可达4.8 GHz。CoFe₂O₄/多孔碳的有效频宽可达6 GHz,覆盖了整个Ku波段(12~18 GHz)。这些材料优异的微波吸收性能,可归因于合适的介电常数、大的介电损耗、多孔结构以及介电损耗和磁损耗的协同作用。     

磷酸根掺杂MnFe2O4及其赝电容特性

采用水热法先合成MnFe₂O₄(MFO), 然后通过与PH₃反应制备了磷酸根离子掺杂的MnFe₂O₄(PMFO), 以提高它的电化学性能。研究结果表明, 磷酸根掺杂不仅增大了MnFe₂O₄的比表面积, 也增加了材料的电导性。在1 A/g电流密度下, PMFO比容量为750 F/g, 与MFO相比, 比电容提高了近70%, 同时循环稳定性也得到了极大改善。以PMFO为正极、活性碳为负极的非对称超级电容器(ASCs), 在功率密度为2.7 kW/kg时, 能量密度达到168.8 Wh/kg。因此, PMFO是有极大应用前景的超级电容器电极材料。     

纳米CoFe_2O_4颗粒制备及性能研究

铁酸钴具有很多优良特性,应用广泛,其制备方法多为微乳液法,本文中用化学共沉淀法制备了纳米CoFe2O4颗粒。将Co2+和Fe3+的混合液加入沉淀剂溶液中,选用NaOH作为沉淀剂,探讨了温度、保温时间以及NaOH的加入方式对颗粒粒径的影响。用激光粒度分析仪、SEM、XRD、VSM测试了颗粒的大小、形貌、分散状况及饱和磁化强度。结果表明:在制备过程中,适当降低反应温度,缩短反应时间,快速加入NaOH可减小颗粒的粒径,且用此法制备出的CoFe2O4粉末饱和磁化强度为46.776A·m2/kg。     

尖晶石型CuAl2O4掺杂对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

研究了尖晶石型CuAl₂O₄掺杂对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷显微结构、介电性能以及松弛特征和缺陷结构的影响。在频率为10^-1~10⁷ Hz、温度为153~453 K的条件下测量了样品的介电性能。研究表明, 适量添加CuAl₂O₄, 使样品晶粒尺寸减小并趋于均匀, 击穿场强从CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷样品的3.0 kV/cm提高到13.0 kV/cm, 低频介电损耗减小。介电松弛中的高频松弛过程起源于晶粒本征缺陷的电子松弛过程, 其活化能~0.10 eV基本不变; 随着CuAl₂O₄含量增加, 与界面相关的松弛活化能从0.50 eV减小到0.22 eV, 可能与CuAl₂O₄在样品中引入杂质及更复杂的界面有关; 电导活化能从0.66 eV增至0.86 eV, 归因于CuAl₂O₄第二相抑制了晶界处的载流子跳跃, 提高了Schottky势垒高度。CuAl₂O₄掺杂量大于100mol%, 过量CuAl₂O₄会导致样品晶界势垒崩塌, 样品失去非欧姆特性和巨介电性能。