基于ZnO电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展

作为新一代低成本、高效率的光伏器件，以有机卤化铅CH₃NH₃PbX₃(MAPbX₃,X=Br、I、Cl)为光吸收层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)相比于其他类型的光伏器件，具有原料丰富、工艺简单等特点。在较短的时间内，该类电池效率已由3.8%迅速攀升至25.7%,几乎可以媲美商用硅太阳能电池，成为能源应用领域的一颗新星。氧化锌(ZnO)因其具有材料易于加工、电子迁移率高、制造成本低廉且形貌结构多样等优点，被作为该类电池较为重要的一种电子传输层(ETL)而被广为研究。本文主要以不同结构的ZnO纳米薄膜ETL作为研究对象，对其在PSCs中的应用进行了总结，详细介绍了基于不同形貌ZnO纳米结构PSCs的研究进展，分析了该类电池面临的主要问题与解决处理方式，并对未来的发展趋势进行了展望。     

乙酰二茂铁对亚硫酸盐的电催化氧化及其在锅炉水中亚硫酸盐的测定

用循环伏安法研究了玻碳电极上乙酰二茂铁对亚硫酸盐的电催化氧化行为,试验发现:在中性介质中乙酰二茂铁浓度为6×10-5 mol·L-1时该催化氧化反应的峰电流与亚硫酸盐的浓度在2.0×10-4～2.4×10-3 mol·L-1范围内呈线性关系,回归方程为IPa=4.962×10-3C-0.297,相关系数为0.999 7.将该方法应用于锅炉水中亚硫酸盐的测定,所得结果与碘量法测得的结果相符.测定结果的RSD(n=6)值在0.3%～1.7%之间,回收率试验结果在97.4%～118.2%之间.     

水杨酸的添加对全无机锡铅混合钙钛矿太阳能电池的影响

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解,性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜,并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺,达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL^-1增加至6 mg·mL^-1,器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现,当添加量为4 mg·mL^-1时,薄膜相稳定性最好,与不添加水杨酸的器件相比,其短路电流密度(J_sc)从14.7 mA·cm^-2显著提高至15.1 mA·cm^-2,光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外,最优器件在空气环境中存放5 d后,初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％,进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。     

用金属生物大分子配合物前驱体制备多孔碳球及其电化学性能

以天然生物大分子鞣花酸(EA)为有机配体,Zn(CH_3COO)_2·2H_2O为锌源,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,在室温下经超分子自组装形成金属生物大分子配合物(Zn EA)前驱体,再经碳化制备了分级多孔碳球.研究了不同碳化温度和酸洗处理过程对多孔碳球的结构、形貌、比表面积和电化学储能的影响.结果表明,在惰性气氛下,1000℃下碳化制备的多孔碳材料(C-Zn EA-1000)的比表面积高达1238 m~2/g,最可几孔径分布约为4 nm;在6 mol/L KOH电解液中,扫描速率为5 m V/s时比电容为216 F/g.当扫描速率由5 m V/s增加到100 m V/s时,其比电容保持率为84.67%,显示了优异的倍率特性.在1 A/g的电流密度下,经过5000周充放电循环后比电容的损失仅为3%,具有优异的循环稳定性.     

金属酞菁类大环化合物对氧气还原反应催化行为的阻抗谱研究

通过电化学交流阻抗法研究了3种金属酞菁类大环化合物(FePc, CoPc, FeCoPc2)在碱性溶液中对氧气还原反应(ORR)的电化学催化行为, 各电极的交流阻抗 Nyquist 图谱在高频区和低频区均呈现出2个较明显的半圆和半圆之间(中频区)的压扁的弧形, 采用Zsimpwin阻抗谱分析软件对-02 V(vs. Hg/HgO)电位下的各交流阻抗谱进行等效电路拟合, 提出空气电极ORR反应的等效电路, 并对等效电路中各动力学参数进行了解释, 通过分析得出金属酞菁在碱性溶液中对ORR催化反应是一个伴随中间产物HO-2的2电子转移过程. 同时, 等效电路的拟合结果表明, FeCoPc2/C作为ORR催化剂对减小Rc+Rct效果比FePc/C和CoPc/C明显, 具有更高的催化活性.     

双核双金属酞菁(FeCoPc_2)阴极催化直接硼氢化物燃料电池

研制一种无膜型直接硼氢化物燃料电池(DBFC).循环伏安测试发现FeCoPc2在碱性溶液中对氧还原具有催化作用.稳态极化曲线表明,由于FeCoPc2结构具有较强的共轭效应以及Fe、Co在催化中的协同作用使它比FePc、CoPc具有更强的氧还原能力,并获得了110mW/cm2的功率密度.恒电流放电测试表明该燃料电池性能具有良好的稳定性.     

二茂铁及其衍生物的电化学特性与结构理论研究

研究了二茂铁及其衍生物(甲酰二茂铁,乙酰二茂铁,甲醇二茂铁和乙酸二茂铁)的电化学行为,运用结构理论给出了二茂铁D5点群群轨道能级图与二茂铁衍生物的前线轨道能级图,得出在二茂铁分子结构中1e2(dx2-y2,dxy)与3a1(dz2,4s)分别属于分子前线轨道中的HOMO和LUMO。同时用密度泛函理论(DFT)在LANL2DZ基组水平上对其结构进行了全优化,得到了二茂铁及其衍生物前线最高被占轨道(HOMO)能量值,Fe原子净电荷,对其电化学行为与前线轨道能级相对大小进行了验证。     

肼及其衍生物在固体电极上的直接电化学行为研究

肼及其衍生物被广泛应用于医药,化工,军事,航天等领域,并被用作推进剂,水处理剂,农药,医药,燃料电池,光稳定剂以及化工生产助剂等诸多方面。因此对肼及其衍生物的研究和开发有着极其重要的理论意义和应用价值。本文研究了肼(Hydrzdine,DH),苯肼(Phenylhydrazine,PH),对硝基苯肼(p-Nitrophenykhzille,PNPH)和2,4-二硝基苯肼(2,4-DinitrophenyIhydrazine,DPH)在固体玻碳电极和铂电极上的不可逆电化学氧化行为,     

不同基底对电沉积制备ZnO纳米棒薄膜 光电转换性能的影响

选取不同的导电支撑物(FTO、ITO、不锈钢网、Ni网)作为基底,在其表面采用相同的电沉积参数制备得到ZnO纳米棒薄膜,详细探讨了不同基底物理化学性质对ZnO基光阳极形貌及光电性能的影响.研究表明:以ZnCl2与O2为前驱体,分别在未做预处理的空白FTO、ITO、Ni网、不锈钢网上施加-1.0 V的沉积电位,反应3600 s后均可得到棒状结构的ZnO纳米薄膜,但纳米棒的直径、密度以及结晶性相差较大.经紫外漫反射测试发现,虽然各基底上ZnO纳米薄膜对太阳光的响应范围相一致,但玻璃基底相较于柔性金属网基底具有较小的禁带宽度,电子跃迁所需能量较小.此外,I-V测试结果表明基于玻璃基底的ZnO基DSSC相较于柔性金属丝网基光阳极具有较大的光电转化效率,最高可达0.38;.