纳米TiO_2太阳能电池电极修饰研究进展

综述了近年来国内外在TiO2太阳能电池电极修饰技术方面的研究成果,重点介绍了有关纳米TiO2薄膜电极和TiO2纳米管电极修饰技术的研究进展,包括半导体复合掺杂、过渡金属离子掺杂、非金属离子掺杂、导电高聚物掺杂和贵金属沉积掺杂等。并对该工作和今后的研究问题进行了总结和展望。     

金属离子掺杂的TiO_2-SiO_2增透膜的制备及性能

为了得到高增透的TiO2-SiO2薄膜,采用sol-gel法制备了金属离子掺杂的TiO2-SiO2薄膜,并对其透射光谱和薄膜厚度进行了表征,研究了退火温度及不同金属离子掺杂(Al3+、Fe3+和Zn2+)对TiO2-SiO2薄膜增透性能的影响。结果表明:Al3+、Fe3+可提高薄膜在可见光波段的增透性,其中,掺杂Al3+的摩尔分数为0.4%的薄膜,未经退火处理的增透性能最佳(透射率可达98%)。掺杂Fe3+使薄膜的截止波长红移量最大,约为14nm。     

钕掺杂纳米二氧化钛光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法在Si(111)衬底上制备纳米TiO2薄膜,利用电化学阴极还原法对TiO2纳米薄膜掺杂Nd3+,对其结构及光催化活性进行研究,结果显示,所制备的样品均为多晶结构,随着Nd3+掺杂量的增加颗粒尺寸明显减小,比表面积增大.Nd3+的掺杂导致TiO2光催化剂吸光能力增强,同时吸收限红移,提高了光的利用率,并且当掺杂量为1.2%时,光催化活性最好.     

TiO_2/SrTiO_3薄膜电极制备及其光电化学性能研究

采用商用P25TiO2为原料制备纳米多孔TiO2电极,用水热法在多孔TiO2表面包覆SrTiO3。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及紫外-可见光谱仪对TiO2/SrTiO3薄膜电极进行表征。探讨了水热反应温度对TiO2/SrTiO3薄膜电极组装染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电化学性能影响。结果表明:在纳米多孔TiO2电极表面生成了均匀的SrTiO3包覆层,且SrTiO3包覆的样品吸收边有红移;与TiO2薄膜电极相比,不同水热反应温度下制备的TiO2/SrTiO3薄膜电极组装DSSC的光电转换效率均有所提高,180℃时全光转换效率提高了24%。     

Cu掺杂TiO2薄膜的超亲水性与电化学特性研究

通过溶胶-凝胶方法分别在ITO和玻璃表面制备了TiO2:Cu薄膜,研究了TiO2:Cu薄膜在365nm的紫外光照射下的光致超亲水性及在Na2SO4电解溶液中的循环伏安行为,研究了掺杂浓度对薄膜的光致超亲水性的影响.结果表明,在紫外光的照射下,TiO2:Cu薄膜电极表现光电化学过程及光致超亲水性,原因在于在紫外光照射下TiO2:Cu薄膜的超亲水性变化与产生TiO3 的过程引起的表面微观结构变化存在一定的内在联系.与纯TiO2薄膜相比,掺入适量Cu(Cu/Ti摩尔比:0.002)后的薄膜具有更好的光致超亲水性和较强的峰电流.经1h的紫外光照射后,该薄膜的水接触角接近于O°,峰电流达1.754μA.     

微等离子法制备原位生长TiO2薄膜电极研究

采用微等离子体氧化法制备用于染料敏化太阳能电池的原位生长TiO2薄膜电极。筛选适合制备较高光电性能原位生长TiO2薄膜电极的电解液,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和交流阻抗谱(EIS)考察电解液类型对所得TiO2薄膜电极的表面形貌、晶相组成和内部阻抗的影响,并利用X射线光电子能谱(XPS)和红外吸收(IR)研究染料敏化剂与TiO2薄膜表面的相互作用。结果表明,以(NH4)2SO4为电解液制备TiO2薄膜的光电性能高于硫酸体系所得TiO2薄膜的光电性能,短路电流、开路电压和光电转换效率分别为49μA/cm2,652mV和0.095%。薄膜主要由大量的金红石和少量的锐钛矿和钛组成,并且以(NH4)2SO4为电解液制备的薄膜中,TiO2含量较高。膜层较厚,约为7.5μm。薄膜的内部阻抗相对较小,有利于染料敏化太阳能电池光电性能的提高。所得TiO2薄膜电极的光电性能较高;cis-Ru(dcbpy)2(NCS)2染料可以吸附在微等离子氧化法制备的TiO2薄膜表面。染料cis-Ru(dcbpy)2(NCS)2敏化后的TiO2薄膜XPS谱中出现了O=C-O基团中的C1s吸收峰,说明染料可以吸附在微等离子氧化法制备的TiO2薄膜表面。在红外光谱中,在1 737nm处出现了一个吸收峰,应为酯键羰基振动所引起的,由此可以推断染料与TiO2表面应以类酯键形式结合。     

掺杂Fe~(3+)的TiO_2薄膜电极的电化学研究

适量Fe~(3+)掺杂可以提高TiO2薄膜电极的光催化氧化活性。采用交流阻抗谱、平带电势等方法研究了掺杂Fe~(3+)的纳米TiO_2薄膜电极的表面结构特征及其催化性能,为其光电转换机理提供了电化学依据。     

Ni2+掺杂浓度对TiO2薄膜的制备及性能的影响

采用溶胶-凝胶法在石英(SiO2)衬底上制备了多层TiO2及Ni3+掺杂TiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD),拉曼光谱(Raman)及紫外分光光度计(UV-Vis)对薄膜样品进行结构性能表征.实验结果表明,在400℃下退火3h得到的TiO2薄膜均为锐钛矿相,Ni2+的掺杂对退火处理TiO2薄膜...     

掺杂Ce4+对溶胶-凝胶法制备二氧化钛薄膜的结构和光催化特性的影响

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法分别在氧化硅和石英衬底上制备了Ce4+掺杂的二氧化钛(TiO2)薄膜,在800℃的退火温度下保温30 min.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及紫外-可见分光光度计,对TiO2薄膜的结构和光催化性能进行了详细分析,并且进行了对甲基橙的降解实验.研究结果表明:掺杂后的薄膜由锐钛矿向金红石的相转变温度升高.随着掺杂浓度的升高,薄膜经历了由颗粒粒度分明转变到薄膜形成好、未出现明显颗粒的过程,且Ce4+掺杂摩尔百分数为10％的薄膜形成较好.随着Ce4+掺杂浓度升高,TiO2薄膜的光吸收峰先红移再蓝移,紫外区吸收范围先增大后降低.掺杂后薄膜对甲基橙降解率均得到提高,而掺杂10％降解率最大.     

金属离子掺杂纳米TiO2光催化研究进展

综述了近年来金属离子掺杂纳米TiO2光催化的研究现状,对其掺杂机理、制备方法(溶胶–凝胶法、沉淀法、浸渍法、水热法等)和影响TiO2光催化效率与光谱响应范围的因素,如掺杂金属离子的种类、浓度、能级、电子构型、半径、化合价等进行了探讨,并对今后的研究作出了展望。     

化学溶液法制备的Ba0.9Sr0.1TiO3薄膜的结构及光学特性研究

采用高度稀释的前驱体溶液在LaNiO3(LNO)薄膜上沉积了Ba0.9Sr0.1TiO3(BST)薄膜。X-射线衍射分析表明BST薄膜呈高度的（100）择优取向。原子力显微镜测量发现制备的BST薄膜具有大的晶粒尺寸80-200nm。用椭偏光谱仪测量了光子能量为0.7-3.4eV范围内BST薄膜的椭偏光谱，用Cauchy模型描述BST薄膜的光学性质，获得了BST薄膜的光学常数谱和禁带宽度Eg=3.36eV。     

退火温度对纳米TiO2薄膜微结构的影响

利用XRD、IR、UV-VIS、AFM、XPS等手段,研究了退火温度对溶胶–凝胶法制备的纳米TiO2薄膜微结构和表面形貌的影响。450~600℃退火处理的薄膜呈锐钛矿和金红石型混晶结构,700℃退火后为纯金红石相;水峰的吸收峰消失在300~500℃之间,至500℃有机基团完全消失,薄膜表面主要有C,Ti,O三种元素;改变退火温度,可以使薄膜的禁带宽度在3.26~3.58eV之间变化,可以在一定范围内,获得不同折射率的TiO2纳米薄膜;薄膜的表面粗糙度(RMS)为2~3nm。     

钛酸锶钡薄膜的制备及其光学特性研究

用溶胶–凝胶法在石英和Al2O3单晶衬底上沉积Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜,应用XRD与SEM表征了BST薄膜的晶化行为和表面形貌。在700℃退火1 h的薄膜,其表面光滑、晶粒大小分布均匀、无裂缝、无针孔。应用双光束光度计,在200~1000 nm的波长范围测量了薄膜的透射光谱,并根据“包络法”理论计算薄膜的折射指数。结果表明,当波长从近红外范围(1 000 nm)降低到可见光范围(430 nm)时,薄膜的折射率从2.16增加至2.35,当波长降低到紫外范围时,薄膜的折射率迅速增加,在365 nm处n =2.67。实验还发现沉积在Al2O3衬底上的BST的能隙约为3.48 eV。     

Al掺杂半导体Mg2Si薄膜的制备及光学带隙研究

用磁控溅射方法在Si衬底上制备了Al掺杂Mg2Si薄膜,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和分光光度计研究了掺杂含量对Mg2Si薄膜组分、表面形貌、粗糙度及光学带隙值的影响,XRD结果表明随着Al掺杂量的增加, Mg2Si衍射峰先增强后减弱. SEM及AFM的结果表明随掺杂量的增加,结晶度先增加后降低,晶粒尺寸减小,粗糙度先增加后降低.得到掺杂后薄膜间接跃迁带隙范围为0.423～0.495 eV,直接跃迁带隙范围为0.72～0.748 eV,掺杂前薄膜间接跃迁带隙和直接跃迁带隙分别为0.53 eV、0.833 eV.     

硒化温度对Cu(In, Al)Se2薄膜结构和光学性质的影响

采用了磁控溅射制备Cu-In-Al金属前驱体薄膜,后硒化快速退火得到铜铟铝硒(Cu(In,Al)Se2,CIAS)薄膜.研究了硒化温度对CIAS薄膜晶体结构和光学性质的影响.研究发现CIAS薄膜的晶体结构依赖于硒化温度,其禁带宽度随硒化温度升高发生红移.研究结果表明,CIAS薄膜的最佳硒化温度为540℃,其晶体结构为纯黄铜矿结构,禁带宽度为.34 eV,对应太阳电池理论最大效率的吸收层材料禁带宽度     

Investigation of the optical and structural properties of thermally evaporated cadmium sulphide thin films on polyethylene terephthalate substrate

Cadmium sulphide (CdS) thin films of different thicknesses ranging from 100 to 400 nm were prepared on polyethylene terephthalate (PET) substrates at room temperature by thermal evaporation technique in vacuum of about 3×10⁻⁵ Torr. The structural characterisation was carried out by X-ray diffraction (XRD). These studies confirm the proper phase formation of the cadmium sulphide structure. The root mean square (RMS) roughness of the films was measured using atomic-force microscopy. The root mean square roughness of the films increases as the film thickness increases. The energy gap of CdS on PET substrates was determined through the optical transmission method using an ultraviolet–visible spectrophotometer. The optical band gap values of CdS thin films slightly increase as the film thickness increases. The optical band gap energy was found to be in the range of 2.41–2.56 eV.     

Bi3．25La0．75Ti3O12超薄铁电薄膜的光学性质研究

采用化学溶液沉积法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了厚度小于100nm的Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)铁电薄膜，测量了光子能量为2～4．5eV的紫外可见椭圆偏振光谱．根据经典的电介质光学色散关系和五相结构模型，拟合获得薄膜在透明区和吸收区的光学常数、表面粗糙度、薄膜与衬底界面层以及BLT薄膜的厚度．薄膜在透明区的折射率色散关系可以通过单电子Sellmeier模型成功地进行解释．最后，根据Tauc’s法则，得到Bi0.25La0.7Ti3O12薄膜的直接禁带宽度为3．96eV．     

电解液中Cu2+浓度对CuInS2薄膜的影响

采用硫化Cu-In-S预制层方法制备出CuInS2、CuIn11S17及两相混合共存的薄膜,其中Cu-In-S预制层通过在含有不同Cu2+浓度的电解液中电化学沉积制得.通过对薄膜的XRD、SEM及EDS的表征,发现当In3+ 和S2O32-浓度不变时,Cu2+浓度的改变对薄膜的性质有很大的影响.在最优的Cu2+浓度下,制备出了单一的、具有理想化学计量比的、禁带宽度为1.5eV的CuInS2薄膜.这种薄膜在后续工作中有望被用作太阳能电池的吸收层.     

Na-Bi共掺对Cu2ZnSnS4薄膜性能的影响

Cu₂ZnSnS₄(CZTS)薄膜因其元素储量高、较佳的光学带隙、优异的电学性能等优势而得到广泛关注。以硝酸铋为铋源、乙酸钠为钠源,采用溶胶-凝胶法制备Na-Bi掺杂的CZTS薄膜。研究Na-Bi共掺对CZTS薄膜的物相结构、微观形貌、光学性能以及光电性能的影响。结果表明,制备的薄膜为锌黄锡矿结构。Na和Bi元素的掺入对薄膜的微观形貌影响较大。固定Na的原子数分数为1%,随着Bi元素原子数分数的增加,薄膜的晶粒尺寸先增大后减小,均匀性逐渐提高,光敏性先增大后减小,光学带隙逐渐增大。当Na和Bi原子数分数分别为1%和0.5%时,薄膜的光学带隙为1.42 eV,光敏性最佳为1.17。