制备二氧化钛分枝纳米棒阵列结构以提高聚合物杂化太阳电池的性能

分别采用一步水热法和两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备了二氧化钛(TiO₂)纳米棒(NR)阵列和TiO₂分枝纳米棒(B-NR)阵列。 利用低温化学浴沉积法(CBD)在TiO₂纳米棒阵列(NRA)和TiO₂分枝纳米棒阵列(B-NRA)基底上沉积Sb₂S₃纳米粒子(NPs)。 接着分别旋涂聚-3已基噻吩(P3HT)和2,2'7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)螺芴(Spiro-OMeTAD)组装成TiO₂(NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD和TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/ Spiro-OMeTAD为光活性层的杂化太阳电池。 结果表明,由TiO₂(NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的光电转换效率(PCE)是2.92%,而由TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的PCE提高到了4.67%。     

ZnO纳米管有序阵列与Cu2O纳米晶核壳结构的光电化学性能及全固态纳米结构太阳电池研究简

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃基底上制备了高度有序的ZnO纳米管阵列,然后在ZnO纳米管阵列上电化学沉积Cu2O纳米晶颗粒,获得了一维有序Cu2O/ZnO核壳式纳米阵列结构,通过控制Cu2O纳米晶的沉积电量得到不同厚度的Cu2O壳层,并对该核壳式纳米阵列的形貌和结构进行了分析. 以Cu2O/ZnO一维核壳式纳米阵列结构为光电极组装全固态纳米结构太阳电池,研究了Cu2O壳层厚度对光电极光吸收性能、光电性能以及组装电池光伏性能的影响,优化了电池中对电极材料的喷金厚度. 结果表明,以Cu2O沉积电量为1.5 C的Cu2O/ZnO为光活性层,以4 mA电流下真空镀金20~25 min的铜基底为对电极组装的简易太阳电池最高可获得0.013%的光电转换效率.     

Sb2S3纳米粒子修饰ZnO纳米片微纳分级结构的光电化学性能

采用恒电位方法,选择氯化钾和乙二胺(EDA)为添加剂,在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米片阵列,通过二次电沉积得到了ZnO纳米片上生长纳米棒的微纳分级结构.利用化学浴沉积法在ZnO基底上沉积Sb₂S₃纳米粒子制备出了Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构和Sb₂S₃/ZnO微纳分级壳核结构.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、瞬态光电流等对其形貌、结构组成和光电化学性能进行了表征和分析.结果表明, Sb₂S₃/ZnO纳米片上生长纳米棒分级壳核结构的光电流明显高于Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构.在Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构和Sb₂S₃/ZnO微纳分级壳核结构的基础上旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT/Sb₂S₃/ZnO复合结构,以上述复合结构薄膜为光活性层组装成杂化太阳电池,其中, P3HT/Sb₂S₃/ZnO分级壳核结构杂化太阳电池的能量转换效率最高,达到了0.81%.     

P3HT/CdS/TiO2/ZnO一维有序核壳式纳米棒阵列的构制及其在杂化太阳电池中的应用研究

采用恒电位法在铟锡氧化物导电玻璃(ITO)上制备了高度有序一维ZnO纳米棒阵列,将ZnO纳米棒阵列在TiO2溶胶中采用提拉法制备出了一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列.在一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积CdS纳米晶得到一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列,然后在一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT/CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米结构薄膜.以该纳米结构薄膜电极为光阳极制备出新型纳米结构杂化太阳电池,研究了该类电池的光电转换性能,初步探讨了该类电池的工作机理.     

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列, 在ZnO纳米棒阵列上先后电化学沉积CdS纳米晶膜及聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT修饰的一维有序壳核式CdS/ZnO纳米阵列结构, 并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线(EDX)等表征手段证实了该结构的形成. 以此纳米结构薄膜为光阳极组装新型半导体敏化太阳电池, 研究了CdS纳米晶膜的厚度和P3HT薄膜的沉积对电池光伏性能的影响, 初步探讨了电荷在电池结构中的传输机理, 结果表明, CdS纳米晶膜和P3HT薄膜的沉积有效地拓宽了光阳极的光吸收范围, 实验中电池的光电转换效率最高达到1.08%.     

异质结界面修饰对TiO2/P3HT杂化太阳电池光电性能的增强作用

采用水热法在F-SnO₂(FTO)导电玻璃上制备了一维TiO₂纳米棒阵列, 将一种两亲有机三苯胺染料M分子吸附在其表面, 进而旋涂有机聚合物聚3-己基噻吩P3HT, 构建结构为FTO/TiO₂/M/P3HT/PEDOT:PSS/Au的杂化太阳电池. 瞬态光电流谱反映在杂化电极中存在pn异质结. 接触角测试表明TiO₂表面吸附有机M分子后, 亲水性表面转变为疏水性表面, 利于与聚合物P3HT的进一步接触; 稳态荧光发射光谱表明经修饰的杂化电极的荧光发射强度降低, 由荧光衰减曲线拟合得到的荧光寿命降低, 说明在TiO₂与P3HT之间存在有效的电荷转移, 电荷复合被抑制. 电化学阻抗分析表明界面修饰后电子复合电阻和电子寿命增大. 电池的特性参数均比界面修饰前有所提高, 光电转换效率为1.61%. 另外, 对该电池的工作机理、电荷传输过程进行了初步探讨.     

纳米结构MnO2的水热合成、晶型及形貌演化

以水热合成方法制备了具有不同微观形貌的纳米结构MnO2, 并以X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对其进行了表征. 跟踪考察了二氧化锰的晶型及微观形貌随水热反应时间的演变过程, 在Ostwald ripening机理作用下, MnO2晶型转化过程为γ-MnO2, α-MnO2和β-MnO2, 同时形貌由微米球转变为海胆结构、空心海胆结构和纳米线.     

TiO_2纳米棒和CdSe纳米棒复合膜与聚3-甲基噻吩杂化太阳能电池研究

采用水热法制备了TiO2和CdSe两种纳米棒材料,将两种纳米材料制备成TiO2/CdSe复合纳米棒膜电极,并在复合膜上电化学聚合生成聚3-甲基噻吩poly(3-methylthiophene)(PMeT),研究了其光电化学性能.实验表明,当TiO2与CdSe的物质的量复合比为2:1,PMeT的聚合时间为40s,在电极电势为-0.2V下ITO/TiO2/CdSe/PMeT电极光电转换效率(IPCE)达到56%,对比ITO/TiO2/CdSe复合膜电极在长波方向的光电转换效率明显提高,光吸收截止波长发生了明显的红移.同时以ITO/TiO2/CdSe/PMeT组装了简易的杂化太阳电池,初步研究了光电池性能,光电池总效率为0.08%,Voc=0.4V,jsc=0.61mA/cm2,ff=0.33.     

不同受体结构染料共敏化对染料敏化太阳电池性能的影响

为了拓宽染料敏化太阳电池对太阳光谱的响应范围,提高电池的光电转换效率,将两种含有不同受体结构（绕丹宁-3-乙酸基（RA）和氰基丙烯酸基（CA））的三苯胺染料（TR1和TC1）进行共敏化。TR1染料平伏吸附在TiO₂表面,而TC1染料直立吸附在TiO₂表面。将两种染料按照不同摩尔比共敏化TiO₂后,TC1占据TR1的部分位置,拓展光谱的同时也抑制了电荷复合,电子寿命较TR1敏化的太阳电池长。在TR1与TC1摩尔比为5：5的共敏剂溶液敏化的共敏电池器件中,短路光电流密度（J_sc）为11.7 mA/cm²,开路电压（V_oc）为704 mV,填充因子（FF）为0.73,光电转换效率（η）为6.03%。该结果明显优于单一染料敏化的电池器件。     

杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响

有机-无机杂化太阳电池综合了有机、无机材料的优点,成本低、理论效率高,受到人们的广泛关注.杂化太阳电池的光活性层由无机半导体和有机共轭聚合物复合而成.当光照射到活性层上时,共轭聚合物吸收光子产生激子(电子-空穴对);激子迁移到有机给体-无机受体的异质结界面处发生解离而产生自由电子和空穴;自由电子和空穴分别向无机半导体和有机聚合物传输,从而实现电荷的分离和传导.激子在有机-无机异质结界面处的分离效率是影响电池性能的一个重要因素.有机、无机两相材料往往因为接触面积小以及相容性差使此两相材料接触不佳,激子迁移到此界面不能有效分离,从而严重影响了杂化太阳电池的效率.这个问题可以通过此界面的修饰加以改善.本文即综述了有机-无机异质结界面修饰的方法、作用和意义,并展望了杂化太阳电池未来的发展趋势和应用前景.