柔性钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究

采用钛箔作为衬底,原位生长二氧化钛薄膜,然后制备有机钙钛矿吸收层及固态空穴传输层,组装成太阳能电池。通过电压-电流曲线测试,结果表明,这种钙钛矿太阳能电池的光生电压达到0.8 V、光生电流达到16 mA/cm²、光电转化效率为10.2%。进一步对电池进行弯折试验,弯折20次后,光电转化效率能达到初始值的85%,表现出良好的柔性特征。     

化学浴法制备硒硫化锑薄膜及其相应太阳电池光伏性能的研究

利用酒石酸锑钾、硫代硫酸钠、硒代硫酸钠作为锑、硫、硒源,通过化学浴法成功制备了硒硫化锑(Sb₂S_3-ySe_y)薄膜,组装了结构为FTO/CdS/Sb₂S_3-ySe_y/spiro-OMeTAD/Au的太阳电池,系统研究了化学浴生长时间对所得Sb₂S_3-ySe_y薄膜的微结构、晶相、光学吸收及其相应太阳电池光伏性能的影响。结果表明,当生长时间为5h、7h、9h时,所得Sb₂S_3-ySe_y薄膜的厚度为70nm、100nm、110nm,相应太阳电池的光电转换效率为5.27%、5.66%、5.64%。     

陈化过程对溴铅甲胺钙钛矿太阳能电池性能影响的研究

氧气氛下的器件陈化对钙钛矿光伏电池的性能有显著影响。本文研究了通过溶液法组装的溴铅甲胺(MAPbBr₃)电池的性能,其中致密的和介孔的Ti O₂作为电子传输层,Spiro-OMeTAD作为空穴传输层。将MAPbBr₃钙钛矿太阳能电池置于湿度<10%的氧气氛暗箱中不同时间,探究O₂对钙钛矿薄膜缺陷的钝化影响,并且采用瞬态光电压(TPV)技术分析陈化前后器件在不同光照时间下的离子迁移。结果表明,陈化处理后,基于MAPbBr₃的器件性能得到明显改善,光电转换效率从4.18%提高到6.73%。这种原因可能归结于钙钛矿材料的缺陷态密度降低,因为在黑暗条件下,O₂在MAPbBr₃钙钛矿太阳能电池中进行扩散,从而起到钝化缺陷的作用。     

花青素染料敏化太阳能电池的制备与性能

采用两种晶相TiO₂光阳极、蓝莓花青素染料、I-/I3-电解质溶液、复合碳层对电极制备了染料敏化太阳能电池。通过XRD、SEM分析了TiO₂纳米颗粒的微结构与形貌，以模拟太阳光和电化学工作站检测了电池的光电性能，结果发现，太阳能电池性能差异较大，金红石相光阳极电池的光电转换率为锐钛矿相光阳极电池的三倍多，结合TiO₂纳米颗粒形貌及电池的EIS分析了原因。     

富勒烯材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池自2009年出现以来,经过短短十余年的发展,光电转化效率已提升到24%以上,引起了广泛的关注。富勒烯材料具有较高电子迁移率、可调控的能级以及可低温成膜等特性,在钙钛矿太阳能电池中可以用于电子传输层、钙钛矿层添加剂、界面修饰层,甚至还能够在空穴传输层中发挥作用。这些应用不仅提高了电池的光电转化效率和稳定性,还能有效降低电池的磁滞效应。本综述就富勒烯材料在钙钛矿太阳能电池各组成部分的应用进行了详细的介绍,并总结了通过修饰富勒烯分子结构提高电池性能的基本规律,这些结果对推动富勒烯材料在钙钛矿太阳能电池领域的应用有重要意义。     

碳中和目标下的光伏发电技术

化石能源燃烧发电过程是我国CO₂排放的主要来源之一。在碳中和、碳达峰的“双碳”目标下,大力发展可再生能源等低碳或零碳能源体系,构建以新能源为主体的新型电力系统,成为能源领域技术变革的战略方向,其中光伏发电是公认的我国未来可再生能源发电的主要方式之一。本文重点对我国光伏发电的开发现状、存在问题、关键技术、未来趋势及发展策略等进行简要论述,分别对晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池（硅基、砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉）、钙钛矿太阳能电池、其他新型太阳能电池（有机、染料敏化、量子点）等关键技术进行了详细论述,以期为我国光伏发电产业的快速发展及高效安全的清洁能源新体系构建提供方向引导。     

无机薄膜太阳能电池光伏材料的研究进展

太阳能是一种清洁、丰富和可持续的能源，能够满足全球日益增长的能源需求。太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的能源转化装置，对于国家实现“碳达峰、碳中和”目标和解决未来能源问题等方面将发挥至关重要的作用。薄膜太阳能电池仅有几微米至几十微米的厚度，能够大大减少材料的损耗从而降低成本。本文对目前广泛研究的无机薄膜太阳能电池光伏材料按照组元进行归整，主要有一元体系(如a-Si)、二元体系(如CdTe、Sb₂Se₃)和多元体系[如Cu-Sn-S与Cu-Sn-Se、Cu(In,Ga)Se₂、CsPb(I_1-xBr_x)₃、Cu₂ZnSn(S,Se)₄]，通过对各类材料结构特点和光电性质进行分析，并结合例证对其电池性能予以解释说明，并对以上各类材料的发展状况进行总结并提出展望。     

三维有序大/介孔TiO2反opal光阳极制备及光电性能

通过添加不同含量的造孔剂聚乙二醇2000（PEG2000）,在二氧化钛反蛋白石结构（TiO₂反opal）光阳极骨架结构中引入介孔结构,制备出了三维有序大/介孔TiO₂反opal光阳极。用SEM和TEM表征了该光阳极的表面形貌,应用紫外可见光谱表征了其染料吸附-脱附性能,测试了基于该光阳极结构的染料敏化太阳能电池的光电转换特性和阻抗特性。结果表明,介孔结构的引入使TiO₂反opal光阳极染料吸附能力增强,组装为染料敏化太阳能电池（DSSCs）后光电转换效率提高,电池交流阻抗降低。同时,随着PEG2000含量的增加,光电转换性能呈现先增加后减小的趋势,这可能来源于过量的PEG2000可造成宏孔骨架结构的破坏。     

《半导体物理学》课程实验教学改革-CIGS薄膜太阳能电池的制备及分析

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池是一种化合物半导体太阳能电池。设计了一个铜铟镓硒薄膜太阳能电池实验,采用磁控溅射技术制备钼背电极、铜铟镓硒光吸收层和氧化锌窗口层,采用化学水浴法制备硫化镉缓冲层,并对其进行分析讨论。该太阳能电池的制备及分析过程涉及半导体物理学中多个重要知识点,如晶体结构、能带理论、半导体中载流子特点、半导体PN结及半导体的光学性质等内容。通过该课程实验能促进同学们对上述相关知识点的理解,同时了解新能源相关研究进展,激发其科研兴趣,提升教学效果。     

无皂乳液聚合法合成聚苯乙烯微球应用于准固态电解质染料敏化太阳能电池

制备了一种提高染料敏化太阳能电池短路电流和电池光电转化效率的准固态凝胶电解质,该电解质含有5%高聚物PVDF-HFP和2% TiO₂纳米颗粒。另外,通过乙醇相无皂乳液聚合法合成了大小均一的聚苯乙烯微球,并用于制备染料敏化太阳能电池的多孔光阳极。研究了准固态电解质和液态电解质应用于不同光阳极染料敏化太阳能电池的规律。结果表明,与液态电解质相反,准固态电解更适用于孔洞较多的光阳极,在相同测试条件下,电池的短路电流由12.80 mA·cm^-2提高到13.53 mA·cm^-2,效率比液态提高11.43%,达到6.63%。     

电解水制氢MoS2催化剂研究与氢能技术展望

氢气具有质量轻、热值高、燃烧产物清洁等优点,被认为是理想的能源载体。氢气既能作为燃料电池的燃料,又能作为储能介质调节风能、太阳能发电系统的随机性、间歇性,正在成为未来能源的重要组成部分。为了促进电解水制氢技术与装备发展,研究高效电催化剂十分重要。本文围绕“粉末型”与“自支撑型”电催化剂结构特征,讨论基于二硫化钼（MoS₂）的析氢电催化剂的研究现状,阐述了催化活性位点调控策略与提高导电性两条技术途径,并以析氢过电位和塔菲尔曲线斜率为依据,比较不同方法制备的二硫化钼电催化剂的催化活性。表明提高二硫化钼晶相稳定性、调节其电子结构和优化催化电极结构等方法,将进一步提高基于二硫化钼的析氢催化电极性能。     

A panoramic view of Li7P3S11 solid electrolytes synthesis,structural aspects and practical challenges for all-solid-state lithium batteries

The development of an inorganic electrochemical stable solid-state electrolyte is essentially responsible for future state-of-the-art all-solid-state lithium batteries (ASSLBs). Because of their advantages in safety, working temperature, high energy density, and packaging, ASSLBs can develop an ideal energy storage system for modern electric vehicles (EVs). A solid electrolyte (SE) model must have an economical synthesis approach, exhibit electrochemical and chemical stability, high ionic conductivity, and low interfacial resistance. Owing to its highest conductivity of 17 mS·cm^-1, and deformability, the sulfide-based Li₇P₃S₁₁ solid electrolyte is a promising contender for the high-performance bulk type of ASSLBs. Herein, we present a current glimpse of the progress of synthetic procedures, structural aspects, and ionic conductivity improvement strategies. Structural elucidation and mechanistic approaches have been extensively discussed by using various characterization techniques. The chemical stability of Li₇P₃S₁₁ could be enhanced via oxide doping, and hard and soft acid/base (HSAB) concepts are also discussed. The issues to be undertaken for designing the ideal solid electrolytes, interfacial challenges, and high energy density have been discoursed. This review aims to provide a bird's eye view of the recent development of Li₇P₃S₁₁-based solid-state electrolyte applications and explore the strategies for designing new solid electrolytes with a target-oriented approach to enhance the efficiency of high energy density all-solid-state lithium batteries.     

B2O3-K2O-Sb2O3系统玻璃的光学折射率及带隙

高折射率和非线性光学玻璃可以用于高速光开关、光学存储器、新型光纤和光学运算元件等,其研究受到各国科技工作者的高度重视,本文采用熔融淬冷法制备了组成为(85-x)B₂O₃-15K₂O-xSb₂O₃(x=70, 75, 80, 85)的4组玻璃,测试了玻璃样品的密度、折射率、热学性能、拉曼光谱和吸收光谱,利用玻璃样品的吸收光谱计算了其直接允许光学带隙、间接允许光学带隙及Urbach能量。结果表明：随着Sb₂O₃含量的增加,玻璃样品的密度从4.445g/cm³逐渐增加到4.767g/cm³,折射率从1.9438增加到2.0058,玻璃转变温度从291℃降低到260℃,玻璃析晶温度从463℃降低到370℃,直接光学带隙从3.2775eV降低到3.1379eV,间接光学带隙从3.1444eV降低到3.0256eV,Urbach能量从0.137eV逐渐减小到0.107eV。说明Sb₂O₃-K₂O-B₂O₃系统玻璃可以作为新型的非线性光学玻璃候选材料之一。     

Degradation of pesticides in water using solar advanced oxidation processes

Alachlor, atrazine and diuron dissolved in water at 50, 25 and 30 mg/L, respectively were photodegraded by Fe²⁺/H₂O₂, Fe³⁺/H₂O₂, TiO₂ and TiO₂/Na₂S₂O₈ treatments driven by solar energy at pilot-plant scale using a compound parabolic collector (CPC) photoreactor. All the advanced oxidation processes (AOPs) employed mainly compared the TOC mineralisation rate to evaluate treatment effectiveness. Parent compound disappearance, anion release and oxidant consumption are discussed as a function of treatment time. The use of Fe²⁺ or Fe³⁺ showed no influence on the reaction rate under illumination and the reaction using 10 or 55 mg/L of iron was quite similar. TiO₂/Na₂S₂O₈ showed a quicker reaction rate than TiO₂ and a similar rate compared to photo-Fenton. The main difference found was between TiO₂/Na₂S₂O₈ and photo-Fenton, detected during atrazine degradation, where pesticide transformation into cyanuric acid was confirmed only for TiO₂/Na₂S₂O₈.     

Oxygen-deficient MoOx/Ni3S2 heterostructure grown on nickel foam as efficient and durable self-supported electrocatalysts for hydrogen evolution reaction

High-performance and ultra-durable electrocatalysts are vital for hydrogen evolution reaction (HER) during water splitting. Herein, by one-pot solvothermal method, MoO_x/Ni₃S₂ spheres comprising Ni₃S₂ nanoparticles inside and oxygen-deficient amorphous MoO_x outside in situ grow on Ni foam (NF), to assembly the heterostructure composites of MoO_x/Ni₃S₂/NF. By adjusting volume ratio of the solvents of ethanol to water, the optimized MoO_x/Ni₃S₂/NF-11 exhibits the best HER performance, requiring an extremely low overpotential of 76 mV to achieve the current density of 10 mA∙cm^‒2 (η₁₀ = 76 mV) and an ultra-small Tafel slope of 46 mV∙dec^‒1 in 0.5 mol∙L^‒1 H₂SO₄. More importantly, the catalyst shows prominent high catalytic stability for HER (> 100 h). The acid-resistant MoO_x wraps the inside Ni₃S₂/NF to ensure the high stability of the catalyst under acidic conditions. Density functional theory calculations confirm that the existing oxygen vacancy and MoO_x/Ni₃S₂ heterostructure are both beneficial to the reduced Gibbs free energy of hydrogen adsorption (|∆G_H*|) over Mo sites, which act as main active sites. The heterostructure effectively decreases the formation energy of O vacancy, leading to surface reconstruction of the catalyst, further improving HER performance. The MoO_x/Ni₃S₂/NF is promising to serve as a highly effective and durable electrocatalyst toward HER.     

氧化铈基HCl氧化循环制Cl2催化剂研究进展

氯化氢催化氧化技术在副产氯化氢的处理和利用方面有着巨大的应用价值和良好的工业前景。CeO₂基催化剂因其廉价、不易烧结及抗氯化性能优良等诸多优点,被认为是目前最具有应用前景的氯化氢氧化催化剂之一。本文简要地介绍了氯化氢氧化制氯循环工艺,评述了近年来用于氯化氢氧化反应的CeO₂基催化材料,包括CeO₂催化剂、掺杂改性CeO₂催化剂以及CeO₂作助催化剂等。同时在文中还对CeO₂基材料催化HCl氧化的表面反应机理进行阐述。最后结合目前的研究现状,对如何进一步提升CeO₂基催化HCl氧化的反应活性进行了展望。     

Crystallization characteristics of nitrogen-doped Sb2Te3 films for PRAM application

The Sb₂Te₃ film is an attractive candidate for phase change random access memory (PRAM) due to its rapid crystallization speed. However, the Sb₂Te₃ film has unstable amorphous phase. In order to improve the phase stability and easy reamorphization, the nitrogen-doped Sb₂Te₃ films were proposed. The characteristics of nitrogen-doped Sb₂Te₃ films were investigated using the secondary ion mass spectroscopy (SIMS), 4-point probe technique, X-ray diffraction and static test. The nitrogen doping caused the increase of crystallization temperature and sheet resistance of the Sb₂Te₃ films. Furthermore, the crystallization speed of nitrogen-doped Sb₂Te₃ film was superior to the Ge₂Sb₂Te₅ film.     

MOFs诱导中空Co3O4/CdIn2S4合成及光催化CO2还原性能研究

光催化二氧化碳转化技术,不仅可以利用取之不尽用之不竭的太阳光能,而且可将二氧化碳转化为高附加值的碳基燃料,受到研究者们的广泛关注。实验设计合成了新颖的中空结构的Co₃O₄/CdIn₂S₄异质结光催化剂。两种半导体的高效耦合作用极大地促进了光生载流子分离,同时形成更多暴露活性位点。基于异质结独特的结构优势,表现出高效的CO₂还原性能,5% Co₃O₄/CdIn₂S₄ 的CO生成速率达74 μmol·g^-1·h^-1,与单体CdIn₂S₄相比,不仅活性得到很大提升,同时CO选择性达到100%。     

VTD法制备不同基底倾角的硒化锑薄膜及太阳电池

硒化锑(Sb₂Se₃)具有较高丰度及良好的光电特性,是当前热门太阳电池材料之一。目前,在Sb₂Se₃的多种制备方法中,气相转移沉积法(VTD)因工艺简单且可大面积制备而备受关注。采用VTD法制备Sb₂Se₃薄膜的影响因素有多种,如腔体气压、反应温度、蒸发源与衬底的位置以及生长角度等。本文利用VTD法以不同的生长角度(30°、45°、60°、90°)制备了Sb₂Se₃薄膜,对其进行XRD、Raman、SEM、近红外-紫外反射表征。结果表明不同生长角度对薄膜的结构以及光学特性具有明显的影响。晶粒尺寸随着生长角度的增加而先增大后减小,同时薄膜的形貌由棒状生长转变为片状生长,在基底倾角为90°时,薄膜变得最为致密。近红外-紫外反射光谱表明倾角60°的样品在波长小于1 100 nm的范围具有最低的反射率,在该角度下制备的FTO/CdS/Sb₂Se₃/C器件获得了2.38%的转换效率。     

薄膜太阳能电池研究进展

薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。综述了硅基薄膜太阳能电池、CdTe薄膜太阳能电池、CIS（CIGS）薄膜太阳能电池、TiO2薄膜太阳能电池、ZnO薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池的研究现状,展望了太阳能电池的发展趋势。