染料敏化纳米薄膜太阳电池实验研究

染料敏化纳米薄膜太阳电池（DSCs）的性能主要是由纳米多孔TiO２₂薄膜、染 料光敏化剂 、电解质、反电极（光阴极）等几个主要部分决定的.通过优化DSCs各项关键技术和材料的 性能，并通过小面积DSCs的系列实验和优化组合实验来检测各项参数对DSCs性能的影响，获 得在光照1个太阳（AM15）下，光电转换效率达到895%.这为进行产业化制备大面积DSCs 打下了良好基础. 关键词： 染料敏化 太阳电池 优化 效率     

纳米TiO2颗粒/亚微米球多层结构薄膜内电荷传输性能研究

本文主要利用TiO₂亚微米球较强的光散射特性设计了纳米TiO₂颗粒/亚微米球多层结构光阳极, 并借助强度调制光电流谱(intensity-modulated photocurrent spectroscopy)、电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy)和入射单色光光电转化效率(incident photon-to-current conversion efficiency), 研究亚微米球的引入对多层结构薄膜内缺陷态、电子传输时间、电子收集效率和界面电荷转移性能的影响. 强度调制光电流谱反映出亚微米球表面缺陷态少, 但其颗粒间接触不紧密, 导致在接触部位形成了势垒, 阻碍了电子的传输, 导致电子传输时间增长. 电化学阻抗谱结果表明不同多层结构电池界面复合无明显差别, 同时底层采用纳米TiO₂ 透明薄膜结构的电池, 其光利用率要明显高于底层采用亚微米球薄膜结构的电池, TiO₂费米能级电子填充水平也相对增大, 使得电池的光电转换效率得到提升. 多层结构复合薄膜电荷传输和光伏特性的研究, 为高效染料敏化太阳电池光阳极设计提供了实验基础.     

基于石墨烯的Au纳米颗粒增强染料随机激光

石墨烯和纳米颗粒的复合材料具有新颖的光学和电学特性,被广泛应用于信息传感、光电转换、医学诊断等领域,具有十分广阔的发展前景.虽然石墨烯拥有优异的光电性能,可以实现对随机激光性质的调控,但目前实现特殊结构的石墨烯与金属纳米结构的复合过程复杂繁琐,利用石墨烯有效降低随机激光阈值仍存在挑战.本文利用便捷的化学还原及吸附法制备Au/石墨烯结构,以染料DCJTB为增益介质,使用旋涂法制备了均匀的薄膜样品;研究对比Au纳米颗粒和Au/石墨烯结构随机激光特性,分析了石墨烯的作用机理.研究结果表明,Au/石墨烯复合材料透射峰与增益介质的光致发光光谱峰最为接近,对于染料分子的能级迁跃起到了促进作用.在相同的增益介质中,石墨烯的加入不仅使得光子在无序介质中散射频次增加,促进了增益效果,而且增强了Au纳米颗粒表面的等离子体共振效应.二者相互协同,展现出了优异的随机激光特性,阈值降低至2.8μJ/mm~2;对样品重复测量可得样品的激射重复性较强、品质较高.本研究对促进随机激光应用、实现高性能的光电器件起到了一定的推动作用.     

基于薄膜电极溶胶修饰的染料敏化太阳电池光电特性研究

染料敏化太阳电池(DSC)中的纳米薄膜电极 是决定太阳电池光电转换性能的重要组成部分. 为改善薄膜电极特性, 采用了不同浓度的TiO₂溶胶对DSC光阳极导电玻 璃和纳米TiO₂多孔薄膜进行不同方式的界面处理. 利用X射线衍射方法对制备得到的多孔薄膜以及溶胶经高温处理 后致密层中纳米TiO₂颗粒的尺寸及晶型进行了测试. 采用高分辨透射电子显微镜和场发射扫描电子 显微镜观察了纳米颗粒及薄膜微结构形貌. 采用强度调制光电流谱/光电压谱分析了TiO₂溶 胶的不同处理方式对电子传输和复合的影响. 在100 mW· cm^-2光强以及暗环境下分别测试了DSC的伏安输出性能以及暗电流. 结果表明, 不同浓度和处理方式均能较好地抑制暗电流. 溶胶处理后光生电子寿命τ_n延长, 电子传输平均时间τ_d相应缩短. 采用浓度为0.10 mol·L^-1的 溶胶对导电玻璃和多孔膜同时处理, DSC的宏观输出特性最佳, 短路电流密度J_sc提高了10.9%, 光电转换效率η提高了11.9%.     

电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究

采用液相电化学沉积技术制备了ZnO纳米颗粒掺杂的类金刚石(DLC)薄膜, 研究了ZnO纳米颗粒掺杂对DLC薄膜场发射性能的影响. 利用X射线光电子能谱、透射电子显微镜、Raman光谱以及原子力显微镜分别对薄膜的化学组成、 微观结构和表面形貌进行了表征. 结果表明: 薄膜中的ZnO纳米颗粒具有纤锌矿结构, 其含量随着电解液中Zn源的增加而增加. ZnO纳米颗粒掺杂增强了DLC薄膜的石墨化和表面粗糙度. 场发射测试表明, ZnO纳米颗粒掺杂能提高DLC薄膜的场发射性能, 其中Zn与Zn+C的原子比为10.3%的样品在外加电场强度为20.7 V/μm时电流密度达到了1 mA/cm². 薄膜场发射性能的提高归因于ZnO掺杂引起的表面粗糙度和DLC薄膜石墨化程度的增加.     

染料敏化太阳能电池Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备及性能

用溶胶-水热法制备了Sm3+掺杂的Ti O2粉体(Ti O2∶Sm3+),将其按不同质量分数掺杂到P25基体中,制备了具有下转换功能的光阳极,并将其用于染料敏化太阳能电池中,提高了电池的光电性能。荧光光谱显示,Ti O2∶Sm3+粉体可以将紫外光转换为570~700 nm的可见光。当下转换光阳极中Ti O2∶Sm3+粉体的掺杂质量分数为80%时,短路电流密度达到13.12 m A/cm2,与纯P25光阳极相比,提高了26.5%,转换效率也提高了23.5%。     

石墨烯/聚乙撑二氧噻吩薄膜储能特性（英）

为了有效利用石墨烯和导电聚合物材料,光雕石墨烯/聚3,4-乙撑二氧噻吩(LSG/PEDOT)复合薄膜通过一种灵巧的光雕工艺制备出来。在此复合薄膜中,每种组分对薄膜的电化学性能提升都有独特的贡献。循环伏安、交流阻抗及恒流充放电测试用来检测薄膜的电化学性能。结果显示,在引入PEDOT纳米颗粒后,LSG/PEDOT复合薄膜显示出更好的能量存储能力。复合薄膜的比容量达到64.33 F/cm3,是光雕石墨烯比容量(3.89 F/cm3)的20倍,复合薄膜经过1000次循环后仍能保持初始容量的94.6%。复合薄膜电化学性能的提升主要是由于引入的PEDOT纳米颗粒既阻挡了石墨烯的层层堆叠,又增加了整个薄膜的比表面积。此种灵活的光雕工艺还可以用来大规模制备超级电容器电极。     

三维多孔复合碳层对电极的制备及其光伏性能研究

基于TiO_2光阳极、Pt对电极的染料敏化太阳能电池(DSSC)因其优异的光电转换特性受到了广泛的关注,然而Pt昂贵的价格制约了其发展与应用.针对这一问题,本文设计、制备了一种由相对致密且高导电的石墨膜(PC层,底层)及多孔碳纳米颗粒膜(CC层,顶层)构成的低成本、高性能三维多孔复合碳层对电极.基于该CC/PC对电极的DSSC具有优异的光伏性能:在1.5标准太阳光照射下,其填充因子高达65.28%(较Pt对电极高4.1%)、光电转换效率高达5.9%(为Pt对电极的94.2%). CC/PC对电极的优异光伏性能主要归因于其独特的三维多孔导电结构,该结构有极高的比表面积和丰富的催化反应活性位,有利于电子的快速传输及离子的快速转移,在这些因素的协同作用下,其光电转换性能大大改善.     

染料敏化太阳能电池Eu~(3+),Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备及性能

用溶胶-凝胶法制备了Eu,Sm共掺TiO_2粉体,将其与P25复合,制备了下转换光阳极,用于染料敏化太阳能电池,利用其下转换特性提高电池的光电性能.用荧光光谱对粉体的发光性能进行表征,荧光光谱显示:Eu,Sm共掺TiO_2粉体受463nm光激发可以发射550~700nm的可见光,具有下转换功能.当Eu~(3+)的摩尔掺杂含量为1%,Sm~(3+)的摩尔含量为0.5%时,制备的Eu~(3+),Sm~(3+)共掺下转换光阳极,短路电流达到14.08mA/cm2,与使用Eu~(3+)掺杂TiO_2的下转换光阳极电池相比,提高了32.08%,转换效率也达到5.29%.     

SrSnO_3∶Sm~(3+)/TiO_2复合光阳极的制备及其光电性能

以Sr(NO_3)_2和NaSnO_3为原料,采用水热法成功制备了SrSnO_3∶Sm~(3+)下转换粉体,并将其与TiO_2复合作为光阳极应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和荧光光谱仪(FL)对SrSnO_3∶Sm~(3+)进行表征,探讨了SrSnO_3∶Sm~(3+)掺杂量对Sr SnO_3∶Sm~(3+)/TiO_2复合光阳极组装DSSC光电性能的影响。结果表明,通过水热法成功制备了棒状、短柱状和颗粒状混合形貌的SrSnO_3∶Sm~(3+),Sr SnO_3∶Sm~(3+)通过下转换作用将紫外光转换为587 nm的黄色光,拓宽了光谱响应范围。随着SrSnO_3∶Sm~(3+)掺杂量的增加,DSSC的短路电流密度增大。当Sr SnO_3∶Sm~(3+)掺杂质量分数为3%时,短路电流密度和光电转换效率分别为10.3 m A/cm2和4.09%,与纯P25相比,分别提高了38%和25%。     

石墨烯/二氧化钛异质结场效应探测器光电特性

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性,在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器,并研究其光电响应特性.结果表明,二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附,降低器件的暗电流漂移;同时,探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性,显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段,顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中,对石墨烯沟道产生n型掺杂,器件最大响应度可达3.5×10~5A/W.在可见光波段,因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级,界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器,该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.     

基于多形貌银纳米颗粒的多波长相干随机激光研究

采用溶剂热法分别制备了球形银纳米颗粒和多形貌银纳米颗粒,其中球形银纳米颗粒具有400 nm的窄带等离激元共振峰,而多形貌银纳米颗粒的共振区间在400～700 nm之间,将它们分别掺入R6G与PVP的混合溶液中,利用旋涂法在玻璃基板上制备银纳米颗粒嵌入染料掺杂聚合物薄膜随机激光器。采用纳秒脉冲激光进行随机激光泵浦实验,实验结果表明球形银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜只有自发辐射峰,而多形貌银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜具有线宽<0.8 nm的相干随机激光发射光谱,其阈值为1.9 mJ·cm-2, 这可能是由于银纳米颗粒的等离激元共振区间与R6G的发射光谱重叠,支持局域等离激元效应的形成,明显的局域场增强有效地改善了与附近分子的相互作用,从而激发了更多的辐射光子,促进了高增益的形成。进一步,利用多形貌银纳米颗粒在银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜中随机分布的特性,通过改变泵浦位置,实现了20 nm范围内的随机激光输出波长的调控,具体输出范围为590.1～610.4 nm。认为这是由于多形貌银纳米颗粒在不同位置的组成和分布不同,改变了表面等离激元的相互作用和光子的散射能力,从而形成不同的增益效应和不同的封闭光振荡路径。此外,考虑到多形貌银纳米颗粒的共振波长较宽,探究了其用于输出其他颜色光的可能性。以与上述银纳米颗粒R6G染料掺杂聚合物薄膜相似的制备方法,制备了多形貌银纳米颗粒掺杂DCJTB染料聚合物薄膜,并且进行随机激光泵浦实验。结果表明,可以有效的产生波长为675 nm,半高宽<0.8 nm的相干红光随机激光,并且阈值仅为0.98 mJ·cm-2。研究结果在宽带可调谐随机激光器研究以及多色随机激光器研究领域具有重要的参考价值。     

丝网印刷制备染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池（DSSC）是太阳能电池研究的热点领域之一,使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO₂薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、简单的制备工艺和高的光电转换效率（PCE）的特点,这类太阳能电池受到人们广泛关注。为了提高这类太阳能电池的光电转换效率,通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要,采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。用溶胶-凝胶法制备了TiO₂胶体,通过扫描电镜看出TiO₂薄膜具有多孔结构,其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附,也有利于提高电池对太阳光的吸收率。经过高温烧结后丝网印刷的TiO₂薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰,意味着TiO₂颗粒已经完全晶化且粒径增加。制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密,使得TiO₂薄膜的XRD衍射峰逐渐增强,而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO₂胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。用不同网目印刷了单层TiO₂光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况,发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好,而400网目印刷太阳能电池的性能最差,这与XRD观察的结果一致。再分别采用网目为100目、200目、300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO₂薄膜,以此为基础组装DSSC。实验结果表明：通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO₂薄膜,组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升,其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理,在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固,且电池制备的步骤简单、重复性好,能量转换效率较高。     

氮掺杂石墨烯纳米片的制备及其电化学性能

以石墨片为原料,在氮气气氛下,通过机械针磨法制备了氮掺杂石墨烯纳米片.扫描电子显微镜和比表面积分析表明机械针磨过程可以有效地将大尺寸石墨片破碎成石墨烯纳米片.在石墨片的破碎过程中,会引起C—C键的破坏.因此,在破坏的边缘位置能够产生碳活性点.这些碳活性点可以与氮反应实现氮元素的掺杂.X射线光电子能谱分析表明碳活性点与氮反应使氮元素掺入石墨烯结构边缘,形成吡咯型氮和吡啶型氮.电化学阻抗谱分析表明所制备的氮掺杂石墨烯纳米片对I_3~-还原反应具有较高的电催化活性,循环伏安与恒流充放电测试表明氮掺杂石墨烯纳米片具有较好的电容性能.较高的比表面积和边缘氮掺杂结构是氮掺杂石墨烯纳米片具有优异电化学性能的主要原因.因此,氮掺杂石墨烯纳米片可以应用于染料敏化太阳能电池对电极和超级电容器电极.     

梯度封装胶结构设计提升白光LED光色性能

提出一种具有梯度双层掺杂纳米颗粒封装胶结构的白光LED模块,采用热溶液法在倒装芯片表面涂覆掺杂一定浓度TiO_2纳米颗粒的remote层和荧光胶薄膜层,制备成模块样品。利用仪器设备对样品的光色性能进行测试和机理分析。实验结果表明,在芯片和荧光胶薄膜间添加remote层,中心法线处的光提取率比未涂覆remote层增加了32.35%,拟合直线斜率趋向水平,光子空间分布均匀性改善明显。荧光胶薄膜掺杂SiO_2颗粒,随着SiO_2掺杂浓度增加,色温分布曲线逐渐平缓,平均色温由掺杂浓度为0%时的6199.66K下降到5103.24K,下降了21.48%。光通量测量值随着SiO_2掺杂浓度增加先提升后下降,掺杂浓度为0.6%时,达到最大值181mlm,相较于未掺杂SiO_2颗粒提高了9.70%。双层结构白光LED模块界面间通过梯度递减折射率的方式提高光子提取效率,空间颜色的一致性改善明显,为提高白光LED模块的品质提供一种借鉴。     

交联孔隙结构TiO_2-PEDOT:PSS纳米复合薄膜的制备及作为对电极的应用

以TiO2为多孔模板并以聚3,4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)为催化材料合成了具有交联孔隙结构的TiO2-PEDOT:PSS纳米复合薄膜(TPNF),并将其作为对电极应用于染料敏化太阳电池(DSC)。首先将TiO2纳米颗粒沉积在导电的掺杂氟的SnO2透明玻璃(FTO)上形成骨架和孔隙均在纳米级别的模板,随后将PEDOT:PSS水溶液附着在模板的骨架表面,最终经热处理获得TPNF。通过优化模板结构和旋涂转速,获得了催化活性优异的TPNF,组装后DSC的填充因子和转换效率分别达到0.528和4.57%,均远高于纯PEDOT:PSS薄膜组装的器件的填充因子(0.297)和转换效率(1.98%)。改善的光电性能归功于TPNF具有优异的协同效应:导电的TiO2骨架为电子迁移提供了快速路径,同时涂覆在骨架表面的PEDOT:PSS通过扩展表面积为还原电解质提供了更多的催化活性点。     

电沉积处理与染料敏化纳米薄膜太阳电池的优化

采用阳极氧化水解法对染料敏化纳米TiO₂薄膜太阳电池的光阳极进行不同方式的电沉积优化处理.借助x射线衍射仪对处理后的样品进行分析，通过超高分辨率场发射扫描电子显微镜对导电玻璃以及电沉积处理前后纳米多孔薄膜表面进行了粒径和形貌的扫描.染料敏化太阳电池实验测试结果表明，电沉积处理和修饰后可以明显提高光生电子的收集率，增大短路电流密度，提高电池效率. 关键词： 2')" href="#">纳米TiO₂ 染料敏化 电沉积 太阳电池     

纳米TiO_2∶Zn薄膜电极紫外光电特性研究

采用sol-gel法制备了Zn2 掺杂的锐钛矿相纳米TiO2薄膜电极.通过光电流作用谱和电流-电位(I-U)曲线研究了掺杂不同浓度Zn2 的TiO2薄膜电极的光电特性.由光电流作用谱可知,Zn2 的掺杂可显著影响薄膜电极的光电流大小,且掺杂的最佳浓度与薄膜晶粒尺度有关.在320nm单色光照射下,掺杂浓度(摩尔浓度)为0.1%的薄膜电极光电流最大,与未掺杂的本征薄膜电极相比增幅达40%.I-U曲线表明,光照下,随电极电位由正到负逐渐降低,不同掺杂浓度的TiO2薄膜电极中均出现了阳极电流向阴极电流转换的现象,且Zn2 掺杂浓度可影响电极阳极电流的初始电位.另外,无光照的暗态下,各薄膜在负电位区域观察到了相似的随电位降低而迅速增大的阴极暗电流.     

染料敏化纳米ZnO薄膜太阳电池机理初探

讨论利用ZnO代替TiO2作为光阳极制作染料敏化薄膜太阳电池的可行性.使用LSV法，IR光谱和UV-vis光谱探讨了电池的工作机理和性能，并与染料敏化纳米TiO2薄膜太阳电池作了比较.结果发现ZnO薄膜表面与染料的吸附键合力太弱是导致ZnO太阳电池效率低下的主要原因. 关键词： 纳米ZnO 太阳电池 染料敏化 量子效率     

硅基底石墨烯器件的现状及发展趋势

石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列而形成的具有蜂窝状结构的二维晶体材料,特殊的结构赋予了其优异的性能,如高载流子迁移率、电导率、热导率、力学强度以及量子反常霍尔效应.由于石墨烯优异的特性,迅速激起了人们对石墨烯研究以及应用的热情.石墨烯沉积或转移到硅片后,其器件构建与集成和传统硅基半导体工艺兼容.基于石墨烯的硅基器件与硅基器件的有机结合,可以大幅度提高半导体器件的综合性能.随着石墨烯制备工艺和转移技术的优化,硅基底石墨烯器件将呈现出潜在的、巨大的实际应用价值.随着器件尺寸的纳米化,器件的发热、能耗等问题成为硅基器件与集成发展面临的瓶颈问题,石墨烯的出现为解决这些问题提供了一种可能的解决方案.本文综述了石墨烯作为场效应晶体管研究的进展,为解决石墨烯带隙为零、影响器件开关比的问题,采用了量子限域法、化学掺杂法、外加电场调节法和引入应力法.在光电器件研究方面,石墨烯可以均匀吸收所有频率的光,其光电性能也受到了广泛的关注,如光电探测器、光电调制器、太阳能电池等.同时,石墨烯作为典型的二维材料,其优越的电学性能以及超高的比表面积,使其作为高灵敏度传感器的研究成为纳米科学研究的前沿和热点领域.