锆表面氧化膜的光电化学研究

用光电化学方法研究了金属锆的表面初始氧化膜和线性电势扫描形成阳极氧化膜．光电流作用谱上的阳极和阴极光电流取决于电极电势,而与成膜和测量溶液基本无关．光电流作用谱和瞬态光电流响应说明锆表面氧化膜为双层结构,内层为ＺｒＯ＿２外层为ＺｒＯ＿２·（Ｈ＿２Ｏ）＿ｎ．光电流可以来自内、外层的光生载流子和基底金属的内光注入电子迁移至电极／溶液界面与溶液中的氧化还原对反应,光电流作用谱的分析给出了三个过程的光学间能值,分别为４．５ｅＶ、３．０ｅＶ和２．０ｅＶ．     

有机掺杂体系中的光生载流子的产生

研究苯基取代的聚苯撑乙烯共聚物PhPPV和盘状液晶分子HBC-PhC12掺杂不同比例的酰亚胺分子PDI体系的稳态光电流行为.结果表明,PDI含量在0.1%～10%范围时,光生载流子的量子效率与体系的种类和掺杂剂含量无关;PDI含量>10%时,与未掺杂时相比,光生载流子的产率增加2～3个数量级.     

Na2CO3对TiO2纳米管电极表面光电化学水分解反应的催化作用研究

光生载流子在半导体/溶液界面处发生的表面复合过程,是制约半导体光电极体系光-电转化效率提高的关键因素之一.本文利用光电流测量和交流阻抗等技术,初步研究了Na2CO3对TiO2纳米管电极表面光电化学水分解反应的催化作用,并对"TiO2/溶液"界面处与阳极析氧有关的光生电荷传输过程及特点进行了探讨.结果表明,在0.5 mol.L-1NaClO4溶液中加入少量的Na2CO3(1mmol.L-1),能够显著促进光生空穴穿过TiO2/溶液界面向溶液中的传输,有效地抑制光生载流子的表面复合过程,从而相应地增大了外电路的光电流,并使TiO2光电极体系的光-电转化效率得到提高.     

磷酸钴修饰Cu3V2O8/ZnO光阳极的动力学特性及光电化学水分解研究

钒酸铜是一种新兴的应用前景广阔的光阳极材料.本工作首先制备了不同厚度的Cu₃V₂O₈光电极,通过强度调制光电流谱、电化学阻抗谱等手段深入探究了影响Cu₃V₂O₈光电性能的关键因素在于光生载流子扩散距离短造成的载流子体相复合严重以及缓慢的氧化动力学造成的表面复合严重.为解决该问题,本工作提出了将一维ZnO纳米棒阵列作为支撑骨架以及负载CoPi助催化剂的策略.一维ZnO纳米棒阵列可作为电子快速传输通道促进光生载流子的体相分离, CoPi助催化剂可提高光生载流子表面分离效率提升氧化动力学.     

瞬态光电导谱研究Pt的负载对TiO2光生载流子寿命的影响

采用瞬态光电导谱研究了TiO₂的光电导衰减曲线,通过计算机拟合得到光生载流子的寿命,并考察了Pt的负载量对TiO₂光生载流子有效寿命的影响.结果表明,增大Pt的负载量,可延缓光电导的衰减趋势,从而延长TiO₂光生载流子的有效寿命,有效地降低了光生载流子的复合率.     

N,N-二甲基碘化铵:染料敏化太阳能电池钙钛矿前驱体电解质的高效添加剂

钙钛矿前驱体（PbI₂和CH₃NH₃I）分散体系，作为一种新型染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cells，DSSCs）电解质，光电流和光电压的继续提升是其发展过程中亟待解决的问题.在本工作中，研究发现，通过引入二甲基碘化铵（DMAI）作为钙钛矿前驱体电解质的高效添加剂，可将光电流密度从12.85 mA·cm^-2急剧提升至19.19 mA· cm^-2.借助阻抗和塔菲尔曲线分析，发现其光电流的增加与TiO₂半导体导带的向上移动对不平衡载流子复合的抑制作用具有一定的相关性.进一步通过叔丁基吡啶的调节作用，可将光电转换效率提高到8.46%，超过了传统的碘电解质.也为染料敏化太阳能电池的研究开辟了新的途径.     

强度调制光电流谱研究TiO2悬浮体系光催化机理

用强度调制光电流谱在光电化学电池中研究TiO2粒子悬浮液体系中的光催化反应机理,将强度按正弦变化的调制光照射TiO2粒子悬浮液,产生随频率变化的光电流响应,收集在Pt电极上,得到了光电流响应复数平面图,其上半圆和下半圆分别代表光生空穴和光生电子的阴极还原和阳极氧化反应过程.根据阴极和阳极光电流的幅度及上下半圆的特征频率分析讨论了光催化反应的机理及外加电压和H2O2添加物的影响.     

自组装半导体碳纳米管薄膜的光电特性

采用自组装的方法制备99%高纯度半导体碳纳米管平行阵列条带,以金属钯和钪为非对称接触电极制备碳纳米管（CNT）薄膜晶体管（TFTs）器件. 主要研究不同沟道长度碳纳米管薄膜晶体管器件的电输运特性和红外光电响应特性,分析了其中的载流子输运和光生载流子分离的物理机制. 我们发现薄膜晶体管器件的电学性能和光电性能依赖于器件沟道长度（L）和碳纳米管的平均长度（L_CNT）. 当沟道长度小于碳纳米管的平均长度时,器件开关比最低;当沟道长度超过碳纳米管平均长度时,随着沟道长度的增加,器件开关比增加,光电流减小.相关研究结果为高纯碳纳米管薄膜晶体管器件在红外光探测器方面的进一步应用提供参考依据.     

强度调制光电流谱研究纳晶薄膜电极过程

用强度调制光电流谱研究半导体纳晶薄膜电极光生电荷的界面转移和输运动力学过程.从测量不同外加电压和不同硫化钠溶液浓度下CdSe纳晶薄膜电极的光电流响应得到了参数:归一化稳态光电流和表面态寿命,分析界面空穴的直接转移和通过表面态的间接转移过程.通过测量不同背景光强下TiO2纳晶薄膜电极的电子扩散系数研究电子输运过程.应用HCl化学处理方法明显增大了电子扩散系数,改善了电子在TiO2纳晶薄膜电极中的输运性能.     

TiO2光电化学电池催化氧化甲基红

以钛基TiO₂薄膜为光阳极，研究了光电化学电池中阳极光催化降解偶氮染料甲基红的动力学. 结果表明，短接光电化学电池分隔了光催化过程的阴、阳极反应，有利于抑制光生载流子的复合，提高光催化氧化速率. 相同实验条件下短路光电流越大，则甲基红降解速率越高. 在基底和TiO₂薄膜之间夹层SnO₂得到组装电极Ti/SnO₂/TiO₂，进一步提高了光生载流子的分离效率；同时采用电化学阻抗谱（EIS）评价了电极的光催化性能.     

PHOTOCONDUCTIVE PROPERTIES OF PVK:Alq3 BLEND FILMS STUDIED BY STEADY-STATE AND TIME-RESOLVED TRANSIENT PHOTOCURRENT SPECTRA

The carrier transport properties of the blends of the hole transport material poly(N-vinylcarbazole) (PVK) and the electron transport material tris (8-hydroxyquinolinolato) aluminumⅢ(Alq_3) are investigated at room temperature using steady-state and time-resolved transient photocurrent measurements as a function of doping concentration of Alq_3.Due to lower LUMO and higher HOMO energy level of Alq_3 than those of PVK,Alq_3 molecules may act as carrier trap states in PVK films at low concentration.However...     

多量子阱GaAs／Al_xGa_（1－x）As电极的瞬态光电流行为

多量子阱ＧａＡｓ／Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ电极的瞬态光电流行为刘尧,肖绪瑞,林原（中国科学院感光化学所,北京１００１０１）曾一平,孙殿照,郑海群（中国科学院半导体研究所,北京１０００８３）由于半导体超晶格（量子阱）能带的量子化,使其具有许多完全不...     

Photosensitization of Nanocrystalline TiO2 Electrode Modified with C60 Carboxylic Acid Derivatives

C₆₀ carboxylic acid derivatives can be readily adsorbed on the surface of nanocrystalline TiO₂ film. The C₆₀ carboxylic acids adsorbed on nanocrystalline TiO₂ films act as charge‐transfer sensitizer. The electron transport from TiO₂ to the C₆₀ derivatives results in the generation of the cathodic photocurrent. The short‐circuit photocurrent of a C₆₀ tetracarboxylic acid is 0.45 μA/cm² under 464 nm light illumination. The photoelectric behaviour of ITO electrodes modified by the same C₆₀ carboxylic acids is different from that of the modified TiO₂ electrodes, and shows anodic photocurrent.     

利用强度调制光电流/光电压谱研究碳点/KOH电解液界面的动力学行为

通过强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术研究在光电分解水制氢体系中碳点光阳极与KOH电解液界面的动力学行为。结果表明,光强在30–90 m W·cm~(-2)范围内,界面的电子传输时间(τ_d)、电子寿命(τ_n)、电子扩散系数(D_n)、电子扩散长度(L_n)均没有变化;当光强增加到110和130 m W·cm~(-2)时,τ_d和τ_n延长,而D_n减小。实验表明,不同于Ti O_2/电解液等界面,碳点光电极/电解液界面中碳点电极存在的缺陷少,因此电子主要以无陷阱限制扩散方式传输为主。且在30–130 m W·cm~(-2)的光强范围内,与τ_d和τ_n相关的载流子收集效率(η_(cc))相近。     

含不同链长的三个卟啉LB膜修饰电极的光电响应研究

利用LB (Langmuir-Blodgett)技术将含不同链长的卟啉化合物(C4Py, C6Py和C8Py)单层膜转移到ITO (indium-tin oxide)导电玻璃上, 发现其具有良好的光电转换性质. 卟啉化合物修饰后的紫外吸收光谱与光电流工作谱重叠, 表明卟啉化合物起到了敏化光电流产生的效果; 而且电子给体、电子受体和偏压对其敏化效果的实验结果表明: 光诱导电子转移是产生光电响应的主要原因. 而且, 这三个卟啉化合物的光电响应性质与碳链长度相关, 其中含有六个碳链的C6Py表现出最佳的光电转化效果.     

Photoinduced hydrogen production using a multilayered molecular assembly composed of zinc tetraphenylporphine and Nafion® membrane

A photoinduced proton reduction to produce H₂ was found to take place in the system using zinc tetraphenylporphine (ZnTPP) incorporated into a Nafion® membrane coated on a platinum electrode (denoted as Pt/Nf[ZnTPP]). When visible light (λ > 390 nm) was irradiated on the Pt/Nf[ZnTPP] system, a photocurrent was generated under applied potentials below −0.10 (v. Ag/AgCl). The action spectrum for the photocurrent agreed with the absorption spectrum of the Nf[ZnTPP] membrane, showing that the present photochemical process is induced on light absorption by the ZnTPP. By measuring the emission decay of ZnTPP under the photoelectrochemical conditions, it was exhibited that the emission from the singlet excited ZnTPP is quenched by the cathodic potentials. The amount of the H₂ produced increased with the cathodic potentials. These results indicated that, in the photochemical primary process, a reductive quenching takes place by electron injection from the Pt electrode to the singlet excited ZnTPP forming ZnTPP^.–, subsequently leading to the H₂ formation by a bimolecular catalysis of the ZnTPP. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Interplay of three-dimensional morphologies and photocarrier dynamics of polymer/TiO2 bulk heterojunction solar cells

In this study, we investigated the interplay of three-dimensional morphologies and the photocarrier dynamics of polymer/inorganic nanocrystal hybrid photoactive layers consisting of TiO(2) nanoparticles and nanorods. Electron tomography based on scanning transmission electron microscopy using high-angle annular dark-field imaging was performed to analyze the morphological organization of TiO(2) nanocrystals in poly(3-hexylthiophene) (P3HT) in optimal solar cell devices. The Three-dimensional (3D) morphologies of these hybrid films were correlated with the photocarrier dynamics of charge separation, transport, and recombination, which were comprehensively probed by various transient techniques. Visualization of these 3D bulk heterojunction morphologies clearly reveals that elongated and anisotropic TiO(2) nanorods in P3HT not only can significantly reduce the probability of the interparticle hopping transport of electrons by providing better connectivity with respect to the TiO(2) nanoparticles, but also tend to form a large-scale donor-acceptor phase-separated morphology, which was found to enhance hole transport. The results support the establishment of a favorable morphology for polymer/inorganic hybrid solar cells due to the presence of the dimensionality of TiO(2) nanocrystals as a result of more effective mobile carrier generation and more efficient and balanced transport of carriers.     

ZnO/BiVO4-V2O5异质结构光生电荷性质及可见光下表面光电流行为

利用水热法合成了花状和球状ZnO微纳材料,并与硝酸铋和偏钒酸铵溶液体系反应构筑了ZnO/BiVO4-V2O5复合体系.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射(XRD)对材料进行了系统的表征.利用表面光伏(SPV)、表面光电流(SPC)和瞬态光伏(TPV)技术研究了ZnO/BiVO4-V2O5表面光生电荷的产生和传输机制.结果显示该复合材料在可见区产生了良好的光电响应,获得了较高的光生载流子的分离效率,光生电荷的寿命也同时增加.在单色弱可见光(波长500 nm)照射下,复合材料产生良好重复性的表面光电流响应.     

光电流谱、光致发光光谱和紫外可见吸收光谱在纳米半导体光电器件研究中的联用

在纳米半导体中由于纳米效应(如量子尺寸效应),其电子结构与块体半导体有所不同。进一步地,当纳米半导体与基底和其他组分结合制成器件后,其性质又受到基底或其他组分的影响,这两点导致了基于纳米半导体的光电器件的性能以及相应表征方法也大不相同。将光电流谱、光致发光光谱和紫外可见吸收光谱三种技术有机地结合起来,可以更好地表征纳米半导体的电子性质和光电性能。本文根据纳米半导体材料与电极的电子性质特点及其测量,结合本课题组前期工作,举例介绍三种谱学方法相结合应用于探究光伏电池和电致发光器件的纳米半导体材料的性能,以及纳米半导体材料表面态的表征。     

煅烧温度对纳米TiO2光电响应的影响

自从Graetzel及其合作者在液结太阳能电池研究方面取得重大突破以来,纳米晶多孔膜电极越来越引起人们的兴趣。TiO2纳米结构电极是由纳米粒子烧结在一起的三维海绵状结构,电解液可渗透到电极内部,因而电荷的传输较复杂。如何提高纳米结构电极的光电转换效率是一个值得大力研究的问题。本文探索了煅烧温度对TiO2纳米结构电极电荷传输特性的影响,旨在为提高太阳能转换中光电转换效率而寻找有效途径。