CeO_2掺杂对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

采用水热法制备不同浓度CeO_2掺杂TiO_2薄膜,并以其为光阳极组装染料敏化太阳能电池(DSSCs),同时考察不同CeO_2掺杂浓度对TiO_2光阳极的光电转换效率的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段、紫外可见漫反射谱(UV-Vis DRS),对制得的光阳极薄膜进行晶体结构、表面形貌、微观结构、元素价态以及光学特性的表征,并对组装的DSSCs进行光电性能测试。结果表明:适量浓度的CeO_2掺杂可提高太阳能电池中的短路电流与光电转换效率;与纯TiO_2光阳极相比,0.015mol·L~(-1) Ce(NO_3)_3修饰的CeO_2/TiO_2光阳极的光电转换效率从2.44%提高到5.91%。     

金纳米颗粒对染料敏化太阳能电池性能的优化

采用球磨法制备一系列掺杂有不同含量立方形金纳米颗粒的复合光阳极薄膜,并组装成染料敏化太阳能电池,研究立方形金纳米颗粒对光阳极薄膜以及染料敏化太阳能电池性能的影响。研究表明,当掺入立方形金纳米颗粒的质量分数为0.8%时,太阳能电池呈现出最优性能,其短路电流密度为15.32mA/cm~2,光电转换效率为6.708%,相比基于纯TiO_2光阳极分别提高14.47%和12%。太阳能电池性能的显著提高主要归因于立方形金纳米颗粒独特的局域表面等离子体共振效应,其能有效改善染料分子的光吸收性能,进而提高电池的光电转换效率。     

TiO_2纳米片/CuS钝化层量子点敏化太阳能电池的制备和性能表征

通过在TiO_2和量子点之间添加钝化层进行光阳极的优化,可以调节光阳极界面结构,从而增加产生的光电流,与没有钝化层的光阳极数据相比,在更宽的光谱范围内增强了光电转换效率。TiO_2纳米片具有较高的电子输运效率,主要原因是其表面积大,光散射特性增强。由于CuS钝化层很好地修饰了TiO_2纳米片表面缺陷会使其光电转换性能提高,得到在标准模拟太阳光AM 1.5G,100 mW/cm~2下,沉积CuS钝化层的电池能量转换效率达到4.71%,远高于未沉积钝化层的电池效率3.91%。     

ZnO和ZnO/Au纳米流体的制备及光热转换性能

太阳能光热利用是太阳能利用的重要方面,其中,纳米流体光学特性对太阳能光热利用效率起着决定性作用。通过水热法制备不同形貌的ZnO纳米颗粒,再利用硼氢化钠还原法将Au成功还原在ZnO纳米颗粒上,制备出ZnO/Au复合纳米材料。通过SEM、XRD表征ZnO和ZnO/Au纳米粒子的形貌结构与成分。经紫外/可见/近红外吸收光谱测试表明ZnO/Au纳米流体显著提高了在可见光波段的吸收。通过光热转换实验表明,花状ZnO纳米流体的光热转换性能优于棒状ZnO纳米流体, ZnO/Au纳米流体由于Au的等离激元效应,光热转换特性增强。当浓度为1.0 mg/mL时,棒状ZnO/10%Au纳米流体光热转换效率为59%,比纯导热油纳米流体提高16%;当浓度为0.5 mg/mL时,花状ZnO/10%Au纳米流体光热转换效率为71%,比纯导热油纳米流体提高28%。     

不同形貌TiO_2纳米棒对量子点敏化太阳能电池效率的影响

结合材料合成与器件制作,通过TiO_2纳米棒基量子点敏化太阳能电池光电转换性能研究,探讨影响电池性能的关键因素,并在电池制作过程中进行有针对性的优化,旨在提高量子点敏化太阳能电池的光电转换效率。在此采用水热合成法,探索了不同的水热合成条件,对TiO_2纳米棒形貌的影响,并且以CdS作为敏化剂制得了不同形貌的TiO_2纳米棒基量子点敏化太阳能电池。得出了水热合成条件为:15mL浓盐酸,15mL去离子水,150℃加热温度时效率最高的结论。     

石墨烯/TiO_2纳米棒复合光阳极薄膜

本文基于TiO_2纳米棒具有较大的比表面积和定向传输电子的能力,可降低光生电子和空穴的复合几率,进而提高DSSC的光电转换效率。由于石墨烯超低的电阻率,良好的稳定性以及优异的透光性能,期望在光阳极薄膜中引入石墨烯,提高电子传输能力。利用水热法合成长度为200~300 nm,直径为20 nm左右TiO_2纳米棒。TiO_2纳米棒与不同石墨烯质量含量复合,利用电流体动力学技术制备了呈多孔状态的石墨烯/TiO_2纳米棒复合薄膜。其中石墨烯的质量分数为3%的光阳极薄膜的DSSC的光电转换效率达4.23%,相对于无石墨烯掺杂的TiO_2纳米棒光阳极薄膜提高了36%。     

Ca_3Ga_2Ge_3O_(12):Pr~(3+),Yb~(3+)发光性能及其在染料敏化太阳能电池中的应用

通过将量子剪裁发光和长余辉发光材料的优点结合起来,本文提出了一种量子剪裁长余辉发光机理,以解决实际应用中量子剪裁需要实时激发源及长余辉发光过程效率较低的缺点。为了验证这一机理,采用固相反应法制备了Ca_3Ga_2Ge_3O_(12):Pr~(3+),Yb~(3+)(CGGPY)荧光粉,并将其应用在染料敏化太阳能电池中以提升光电转化效率。利用X射线分析仪、能量色散X射线分析仪、荧光分光光度计和电化学工作站分别对CGGPY荧光粉的晶体结构、元素成分含量、光学性质及染料敏化太阳能电池(DSSCs)的平带电势、饱和电流密度和光伏参数进行表征。实验结果表明在DSSCs中掺杂CGGPY荧光粉能够将紫外光转换成近红外光,进而增加DSSCs的吸收效率及其光电流。当CGGPY掺杂的质量分数为6%时,DSSCs的光电转换效率达到8.658%,比未掺杂CGGPY的DSSCs提高了约46.7%。这种方法为提高DSSCs的光电转换效率提供了一条有效途径。     

Eu掺杂TiO_2染料敏化太阳能电池下转换光阳极的制备及性能

用溶胶-凝胶法制备了Eu掺杂TiO_2粉体(TiO_2:Eu~(3+)),并以质量分数50%的商用TiO_2(P25)为基体,制备了下转换光阳极,将其用于染料敏化太阳能电池,研究了不同Eu掺杂含量对电池性能的影响。荧光光谱显示,TiO_2:Eu~(3+)受463nm光激发,发射587、612、700nm波长的可见光,具有下转换功能。当Eu摩尔分数为1.5%时制备的下转换光阳极短路电流达到12.78mA/cm~2,与未使用下转换光阳极的电池相比,提高了12.69%,转换效率也提高了11.44%。     

不同厚度多孔TiO_2光阳极对量子点敏化太阳能电池性能的影响

通过旋涂法以P25、松油醇、乙基纤维素为原料制备了浆料,并将其均匀涂布在FTO导电玻璃上,通过控制旋涂次数来制备不同厚度的TiO_2光阳极膜,利用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌和结构进行了表征。采用CdS量子点做敏化剂,通过连续离子层沉积(SILAR)法制备CdS/TiO_2光阳极,以化学浴沉积(CBD)法制备CuS对电极,最终组装为电池器件。通过对电池的光电性能测试,首先明确了不同CdS沉积次数的CdS/TiO_2光阳极对电池的光电性能影响,在最佳的CdS沉积次数上得到了不同旋涂厚度TiO_2光阳极对电池的光电性能的影响。实验结果表明,当CdS沉积次数为9次,TiO_2旋涂次数为3次,厚度为15μm时,电池的短路电流密度和光电转换效率均达到最大值分别为:Isc=8.18mA·cm-2、η=2.32%。     

新型纳米级太阳能电池能源转换效率可达42%

<正>美国马里兰大学的研究人员研发出一种新型纳米级太阳能电池。其采用纳米线材料制成,能源转换效率可达42%,较目前的光伏太阳能电池技术(光电转换效率为33%)提升约40%。典型的太阳能转换效率极限,即肖克利·奎伊瑟效率极限是太阳能电池效率的瓶颈,目前,传统光伏敏感材料的光电转换率极限约为33%,纳米线的应用可使该转换效率极限提高几个百分点,对太阳能的利用,以及全球能源开发等产生重大影响。除能源转换效率显著提     

钙钛矿敏化TiO_2-SrTiO_3纳米棒太阳能电池的制备及性能研究

采用简单的水热法在FTO(掺杂氟的SnO_2导电玻璃(SnO_2:F))衬底上直接合成了一维取向的单晶金红石型二氧化钛薄膜,然后使用二氧化钛纳米棒作为模板和反应物Sr(OH)_2作为锶源,通过水热反应成功在TiO_2纳米棒阵列的表面沉积了SrTiO3立方纳米颗粒。并以TiO_2-SrTiO_3作为工作电极,钙钛矿型的CH_3NH_3PbI_3和CsSnI_(2.95)-F_(0.05)分别作为光敏剂和电解质组装敏化太阳能电池。通过调整煅烧温度和二次水热反应中Sr(OH)_2溶液的浓度,钙钛矿敏化太阳能电池的光电转换性能有明显改善,最高效率达到0.34%,是未经SrTiO_3修饰样品的2倍。     

TiO_2/g-C_3N_4复合物的制备及其光催化性能

通过简单的水热法在石墨相氮化碳(g-C3N4)纳米片层上原位生成TiO_2纳米颗粒。制备出的TiO_2/g-C3N4纳米复合材料在可见光照射下光催化活性显著高于纯g-C3N4。当TiO_2负载量为30%(质量分数)时,反应40min即可降解97%的罗丹明B(RhB)。光生电子在TiO_2和g-C3N4界面间的传输使得光生载流子分离,光催化性能提高。提出TiO_2/g-C3N4复合材料在可见光照射条件下的光催化机理并通过实验进行了验证。结果表明,TiO_2/gC3N4反应体系中起氧化作用的是空穴(h+)和超氧自由基(·O-2)。     

水热法合成染料敏化太阳能电池薄膜电极及其性能

目的研究不同水热反应条件对薄膜太阳能电池性能的影响,使其光电转换效率达到较高水平.方法采用通常的水热合成方法制备纳米Ti O2和掺Zn2+纳米Ti O2,用其组装染料敏化太阳能电池,利用紫外可见光谱测试分析不同薄膜样品对染料的吸附量和吸光特性,利用标准太阳光模拟器和数字源表测定电池的光电转换效率,利用扫描电子显微镜观察薄膜形貌.结果用180℃水热反应12 h合成的纳米Ti O2制作成的电池,所得光电转换效率最高可达到4.00%.用200℃水热反应12 h并且掺杂Zn2+的纳米Ti O2制作成的电池,所得光电转换效率最高可达3.65%.纳米Ti O2薄膜对染料的吸附量最高可达2.51×10-7mol/cm2.结论扫描电镜观察揭示出样品的孔结构丰富,有较小的粒径,说明水热合成法制备的纳米Ti O2薄膜电极具有较大的比表面积.当230℃水热反应12 h时,Ti O2薄膜对染料的吸附量最大.当180℃水热反应12 h时,染料敏化太阳能电池的光电转换效率最大.Zn2+的掺杂并未改善薄膜电极的光电特性.     

溴掺杂CH_3NH_3PbI_3薄膜及其钙钛矿太阳能电池性能研究

有机-无机铅基卤化物钙钛矿杂合物CH_3NH_3PbI_3作为光吸收材料被广泛应用于太阳能电池中,取得了较高的光电转换效率。基于此,在CH_3NH_3PbI_3基础上对I位进行Br掺杂,采用一步溶液法制备了一系列CH_3NH_3Pb(I_(1-x)Br_x)_3薄膜,研究了溴掺杂对CH_3NH_3PbI_3薄膜物相结构、微观形貌、吸光性能及光电转换性能的影响。结果表明,随着Br掺杂量x由0增加到1,常温下其物相结构逐渐由四方相转变为立方相,并且薄膜在TiO_2纳米柱衬底上的覆盖率逐渐提高,其在可见光及近红外区域内的吸光范围逐渐变窄,其光学带隙由1.59 eV逐渐过渡到2.23 eV。以CH_3NH_3Pb(I_(1-x)Br_x)_3薄膜制备成FTO/BL(blocking layer)-TiO_2/NR(nanorods)-TiO_2/CH_3NH_3Pb(I_(1-x)Br_x)_3/sprio-OMe TAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池,发现随着Br掺杂量的增加,太阳能电池的短路电流减小,开路电压增大,填充因子增大,光电转换效率减小。     

TiCl_4处理TiO_2光阳极对量子点敏化太阳能电池性能的影响

为了优化TiO_2光阳极,研究TiCl_4不同处理过程得到的光阳极对于Pb S/Cd S量子点敏化太阳能电池性能的影响.通过TiCl_4处理得到的TiCl_4-TiO_2、TiO_2-TiCl_4、TiCl_4-TiO_2-TiCl_4光阳极的量子点太阳能电池的光电转换效率分别为1.241%、1.092%、1.197%,复合电阻分别为65.53Ω、31.61Ω、51.13Ω;未经过TiCl_4处理的光阳极的转化效率为1.109%和复合电阻33.02Ω.实验结果表明:TiCl_4的前处理可以增大复合电阻,使光电转化效率提高了10%.     

一维结构氮化钛修饰石墨毡对V~(3+)/V~(2+)的电化学性能

前驱体晶种采用循环浸渍法在石墨毡(GF)的碳纤维上形成TiO_2晶种,利用水热法诱导合成一维结构TiO_2(TiO_2-1D@GF),随后通过氨氮还原转换为一维结构TiN(TiN-1D@GF)。采用SEM,XRD和XPS对其进行材料表征,发现TiN-1D直立生长在碳纤维表面,单根TiN直径约500nm,长度约4μm。采用循环伏安法和恒电流充放电对制备的材料进行电化学测试。结果表明:TiN-1D@GF电极对V~(3+)/V~(2+)氧化还原电对具有很好的电化学性能,钒离子在改性石墨毡上的扩散系数为1.799×10~(-3)cm~2/s,电极的反应速率常数为5.15×10~(-5) cm/s。以TiN-1D@GF作为负极时,钒电池的初始放电容量比GF提高了26.4%,能量效率提高了7.1%。     

ZrO2 与TiO2 介孔薄膜对碳基介孔型钙钛矿太阳能电池的 性能影响

通过旋涂ZrO_2与TiO_2混合浆料,制备钙钛矿太阳能电池介孔层。以孔径较大的ZrO_2/TiO_2混合介孔薄膜(MIX)为基底制备了晶粒较大的甲胺铅碘(MAPbI3)钙钛矿光吸收层。以致密TiO_2薄膜为电子传输层,石墨/碳黑为对电极,制备了钙钛矿太阳能电池。比较了ZrO_2单层介孔、Ti O2单层薄膜、TiO_2+ZrO_2双层介孔与ZrO_2/TiO_2单层混合介孔的钙钛矿太阳能电池的性能。结果表明,用MIX制备的钙钛矿太阳能电池表现出最高的光电转换效率(PCE)和良好的长期稳定性。     

TiO2/ML-Ti3C2复合纳米材料的制备及其光催化性能

通过水热技术在二维(2D)多层材料Ti_3C_2 (multi-layer Ti_3C_2, ML-Ti_3C_2)的表面及层间原位晶化和生长锐钛矿相TiO_2纳米球,制备出TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料。采用XRD、SEM、氮吸附等表征技术对TiO_2/ML-Ti_3C_2纳米复合材料进行分析表征,并以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物,对纯TiO_2和TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料的光催化性能进行了评价。实验结果表明,两种材料的耦合抑制了Ti O_2中光生电子-空穴对的湮灭,延长了复合光催化剂中载流子寿命,拓宽了复合材料的光谱响应范围。在紫外光照射下,以TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料为光催化剂,200 mg/L的MB溶液在20 min内几乎完全脱色,降解率为98.98%。TiO_2/ML-Ti_3C_2纳米复合材料的光催化性能优于纯TiO_2和Ti_3C_2, Ti_3C_2优异的电子传输能力和超强的吸附性能优化了TiO_2的光催化性能。本研究为使用光催化技术处理废水提供了一种新的思路,具有一定的实际应用前景。     

水热法制备TiO_2致密层及其在钙钛矿太阳电池中的应用

通过水热法在180℃下制备了三种不同厚度的TiO_2致密层并成功应用于钙钛矿太阳电池。通过场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对TiO_2致密层的形貌、成分及晶型进行表征,并利用电流-电压(I-V)特性曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究了TiO_2致密层的厚度对钙钛矿太阳电池光电性能的影响。研究表明:随着TiO_2致密层厚度的增加,钙钛矿太阳电池的转换效率先增加后降低,在厚度为300nm时转换效率较高,为3.31%。     

电沉积法制备SrTiO_3/TiO_2多层复合结构及其性能表征

采用电沉积法在TiO_2纳米管阵列上制备了SrTiO_3/TiO_2多层复合结构。研究了不同反应条件对SrTiO_3/TiO_2多层复合结构形貌的影响。利用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、能谱仪和电化学工作站对制备的SrTiO_3/TiO_2多层复合结构进行了表征。结果表明,在不同的条件下分别可以得到管状SrTiO_3/TiO_2复合结构和花瓣状SrTiO_3/TiO_2复合结构。其中,管状SrTiO_3/TiO_2复合结构的光电化学性能较纯TiO_2纳米管阵列有较大提高,而花瓣状SrTiO_3/TiO_2复合结构的光电化学性能提高不大。