静电喷雾法制备高效染料敏化太阳能电池的二氧化钛光阳极

TiO2光阳极膜是染料敏化太阳能电池（DSSC）的核心部件之一,它对电池的光电转换效率起决定性作用．TiO2电极一般采用刮涂法和丝网印刷法制备．近3年,通过静电喷雾制备光阳极的方法得到国内外学者的关注．静电喷雾制备光阳极会受到多种因素的影响,如电压、流速、悬浮液浓度、喷雾距离以及喷雾时间等．但这些因素对成膜和DSSC器件性能的影响却没有得到全面的研究或者报道．本文使用静电喷雾法制备了多孔TiO2纳米膜,并研究了以其为电极的电池器件特性．经过超声充分分散的稳定TiO2乙醇悬浮液在高电压下喷雾到导电玻璃上成膜．通过改变电喷雾距离,得到了具有不同形貌的TiO：光阳极膜,并解释了其形成的机理及其对电池性能的影响．研究还表明,光阳极膜的TiC14处理能够很好地改善电池性能．通过优化,基于流速为0．8mL／h、电喷雾距离和时间分别为2．2cm和8min条件下制备的光阳极,结合TiC14处理,组装的电池在模拟太阳光源AM1．5G下光电转化效率达6．24％．     

锰掺杂硒硫化镉光阳极的制备与光电性能

将适量Se加入到Na2S甲醇水溶液中反应生成Na₂SSe₂阴离子前驱体, 以Cd(NO₃)2、Mn(CH3COO)2为阳离子前驱体, 通过连续离子层吸附反应(SILAR)分别制备出CdSSe₂/TiO₂或 MN²⁺掺杂的Mn-CdSSe₂/TiO₂量子点敏化光阳极。采用拉曼光谱、X射线光电子能谱和能量色散X射线能谱分析确定阴离子前驱体和量子点的价键结构和组成;通过紫外可见吸光光谱表征量子点的光吸收性能;利用J-V曲线和IPCE分别对CdS、CdSSe₂和Mn-CdSSe₂量子点敏化的TiO₂光阳极的光电性能进行了表征。实验结果表明, 采用 0.12 mol·L^-1 Se和0.5 mol·L^-1 Na2S制备的阴离子前驱体、0. 5 mol·L^-1 Cd²⁺和 0.3 mol·L^-1 MN²⁺阳离子前驱体, 通过SILAR法制备的Mn-CdSSe₂/TiO₂光阳极, 能量转换效率比CdSSe₂/TiO₂和CdS/TiO₂光阳极分别提高了90%和247%。     

锰掺杂硒硫化镉光阳极的制备与光电性能

将适量Se加入到Na₂S甲醇水溶液中反应生成Na₂SSe₂阴离子前驱体, 以Cd(NO₃)₂、Mn(CH₃COO)₂为阳离子前驱体, 通过连续离子层吸附反应(SILAR)分别制备出CdSSe₂/TiO₂或 Mn²⁺掺杂的Mn-CdSSe₂/TiO₂量子点敏化光阳极。采用拉曼光谱、X射线光电子能谱和能量色散X射线能谱分析确定阴离子前驱体和量子点的价键结构和组成;通过紫外可见吸光光谱表征量子点的光吸收性能;利用J-V曲线和IPCE分别对CdS、CdSSe₂和Mn-CdSSe₂量子点敏化的TiO₂光阳极的光电性能进行了表征。实验结果表明, 采用 0.12 mol·L^-1 Se和0.5 mol·L^-1 Na₂S制备的阴离子前驱体、0.5 mol·L^-1 Cd²⁺和 0.3 mol·L^-1 Mn²⁺阳离子前驱体, 通过SILAR法制备的Mn-CdSSe₂/TiO₂光阳极, 能量转换效率比CdSSe₂/TiO₂和CdS/TiO₂光阳极分别提高了90%和247%。     

染料敏化太阳能电池中空微/纳结构光阳极材料研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC)以其低成本、易加工、高转化等特点受到广泛关注,半导体光阳极是DSSC的重要组成部分,其组成和微观结构直接影响电池性能,中空微/纳结构能够提供高表面积、增加染料负载量、促进光捕获,增强电子传输,因而成为近年来光阳极材料领域的一个热点内容。 本文综述了中空微/纳结构光阳极材料的研究进展,主要包括空心球、空心盒、核-壳结构、多级空心、多壳层结构等,并着重分析了各个结构特征与光电转换效率的关系和增益机制,探讨了中空微/纳结构光阳极面临的挑战及发展趋势。     

双层结构CeO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明：当CeO₂纳米微球和核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯TiO₂(P25)光阳极,P25/CeO₂纳米球光阳极电池的DSSC光电性能提高了15.3%,P25/Au@SiO₂@CeO₂纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面：一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO₂具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。     

BiVO4/ZnFe2O4同型异质结光阳极的构筑及其光电催化分解水性能

光生电子-空穴对的复合被认为是限制BiVO₄材料光电催化转换效率的重要原因之一。基于此,通过简单的水热-煅烧方法构筑了BiVO₄/ZnFe₂O₄同型异质结光阳极,BiVO₄/ZnFe₂O₄复合光阳极在1.23 V(vs RHE)下的光电流密度为3.33 mA·cm^-2,较纯BiVO₄提升了2倍(1.20 mA·cm^-2)。相关的结构及性能测试表明,BiVO₄和ZnFe₂O₄形成了带隙错开的n-n异质结,使得光生载流子得到有效分离,更有效地参与水氧化过程,进而提高了BiVO₄的光电催化水分解性能。     

Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting of Black Silicon Photoanode with pH-Dependent Copper-Bipyridine Catalysts

Since the water oxidation half-reaction requires the transfer of multi-electrons and the formation of O−O bond, it's crucial to investigate the catalytic behaviours of semiconductor photoanodes. In this work, a bio-inspired copper-bipyridine catalyst of Cu(dcbpy) is decorated on the nanoporous Si photoanode (black Si, b-Si). Under AM1.5G illumination, the b-Si/Cu(dcbpy) photoanode exhibits a high photocurrent density of 6.31 mA cm⁻² at 1.5 V_RHE at pH 11.0, which is dramatically improved from the b-Si photoanode (1.03 mA cm⁻²) and f-Si photoanode (0.0087 mA cm⁻²). Mechanism studies demonstrate that b-Si/Cu(dcbpy) has improved light-harvesting, interfacial charge-transfer, and surface area for water splitting. More interestingly, b-Si/Cu(dcbpy) exhibits a pH-dependent water oxidation behaviour with a minimum Tafel slope of 241 mV/dec and the lowest overpotential of 0.19 V at pH 11.0, which is due to the monomer/dimer equilibrium of copper catalyst. At pH ∼11, the formation of dimeric hydroxyl-complex could form O−O bond through a redox isomerization (RI) mechanism, which decreases the required potential for water oxidation. This in-depth understanding of pH-dependent water oxidation catalyst brings insights into the design of dimer water oxidation catalysts and efficient photoanodes for solar energy conversion.     

Construction of high-efficient visible photoelectrocatalytic system for carbamazepine degradation: Kinetics,degradation pathway and mechanism

This study aimed to construct a photoelectrocatalytic (PEC) reaction system based on the self-made reduced TiO₂ NTAs (r-TNAs) photoanode and activated carbon/Polytetrafluoroethylene (AC/PTFE) cathode. It would be observed clearly that the degradation rate constant of carbamazepine (CBZ) over r-TNAs_(photoanode)-AC/PTFE_(cathode) PEC system (0.04961 min⁻¹) was even higher than that of r-TNAs_(photoanode)-Pt_(cathode) PEC system (0.04602 min⁻¹) with the assistance of visible light irradiation and +0.4 V external potential. Besides, in order to obtain optimized conditions, the influence of key parameters such as pH value, electric current density and electrolyte concentration were studied. Most importantly, photoelectrochemical (PECH) properties, reactive oxide species contribution, OH formation rate and CBZ degradation pathway were determined. The results illustrated that the excellent PEC degradation performance depended on the excellent photocatalytic property of r-TNAs photoanode and electron transfer property of photoelectrodes in r-TNAs_(photoanode)-AC/PTFE_(cathode) PEC system. Therefore, the study demonstrated that the r-TNAs_(photoanode)-AC/PTFE_(cathode) PEC system could be expected to replace metal-catalyzed cathodes depending on its excellent PEC performance activity and low cost as well as the reaction system possessed objective and practical application prospect.     

染料敏化太阳能电池掺杂TiO2纳晶光阳极

染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells, DSC）效率高、制作简单、成本低,因此被认为是最有希望的第三代太阳能电池。DSC光阳极的主要作用是吸附染料、传输电子和提供电解质扩散通道,因此对DSC光电性能具有决定性作用。近年来,通过掺杂调控TiO₂光阳极的电子特性,从而提高DSC的光电效率受到广泛关注。本文对掺杂TiO₂光阳极的研究现状进行了综述,重点分析了非金属元素、过渡金属元素及主族元素的掺杂对TiO₂光阳极的能带结构、光吸收特性、染料吸附量、电子传输和界面复合过程以及所组装DSC光电性能的影响,分析了非金属元素共掺杂的协同效应。同时,对稀土元素掺杂TiO₂作为光谱转换材料提高DSC光吸收效率和光电转换效率进行了探讨,最后论文对掺杂TiO₂光阳极今后的研究重点和研究方向进行了展望。