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%.     

P3HT与CdTe纳米枝晶p-n异质结敏化ZnO纳米管阵列的光电化学研究

采用电化学方法首先在ITO导电玻璃上制备了一维有序ZnO纳米管阵列,然后在ZnO纳米管阵列上采用电化学方法沉积纳米枝状CdTe,形成了纳米枝状CdTe包覆ZnO纳米管的CdTe@ZnO壳核式复合结构,最后在上述复合结构中旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT包覆的P3HT@CdTe@ZnO复合薄膜. 以此复合薄膜为光活性层组装成半导体敏化太阳电池,研究了该类电池的光电转换性能,对该电池的工作原理进行初步研究,所得太阳电池能量转换效率最高达到1.38%.     

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%.     

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.     

TiO2/Au纳米棒阵列的制备及其光催化性能

采用电沉积和旋转涂膜相结合的方法成功制备了高度有序的TiO2/Au纳米棒阵列催化剂.扫描电镜和透射电镜结果表明,TiO2薄膜均匀地包覆在Au纳米棒的表面,形成核壳型的一维阵列结构.X射线衍射分析表明所获得TiO2为(101)晶面优先生长的锐钛矿晶相.紫外-可见漫反射光谱显示,由于Au和TiO2间肖特基结的存在造成吸收红...     

ZnO纳米管有序阵列与Cu_2O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

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.     

纳米结构ZnO在TiO_2薄膜上的电化学沉积及其表征

在三电极体系中,以硝酸锌水溶液作为电解液,采用阴极还原电沉积法成功实现了一维纳米结构ZnO阵列在TiO2纳米粒子/ITO导电玻璃薄膜基底上的沉积,并通过XRD、SEM、EDS和PL光谱等方法对样品进行了表征.重点研究了薄膜基底、电解液浓度、沉积时间、六次亚甲基四胺(HMT)的引入对ZnO沉积及其发光性质的影响.结果显示:与ITO玻璃基底相比,ZnO更易于在TiO2纳米粒子薄膜上实现电化学沉积.ZnO属于六方晶系的铅锌矿结构,并且沿着c-轴方向表现出明显的择优化生长,以形成垂直于基底的ZnO纳米棒阵列.延长沉积时间、增加电解液浓度和引入一定量的HMT等均对ZnO的生长有促进作用,进而使其纳米棒的结晶度和取向程度提高,进而解释了所得的薄膜分别约在375和520nm处表现出ZnO的强而窄的带边紫外光发射峰和弱而宽的表面态绿光发射带.     

具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合物纳米片阵列的制备及其电化学性能

通过两步水热合成法制备了具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列.首先,以碳布为基底,水热法生成的ZnO沉积在碳布上形成ZnO纳米棒花簇.其次,以ZnO纳米棒为模板,水热法生成的Ni-Co双氢氧化物纳米片沉积在ZnO纳米棒表面,形成ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物纳米片复合材料阵列.形貌、结构分析和电化学性能测试表明,以碳布为基底,成功地合成了以ZnO纳米棒为模板并具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列,该复合材料纳米片阵列具有较大的纵横比,且分散均匀.合成的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列具有良好的电化学性能,当电流密度为1 A/g时,其比电容值可达531.6 F/g,该复合材料在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景.     

液相沉积法制备ZnO/CdS复合纳米棒阵列薄膜及其光电性质

采用两步化学溶液沉积法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备了ZnO/CdS复合纳米棒阵列薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收分光光度计、荧光(PL)光谱仪及表面光电压谱(SPS)研究了不同CdS沉积时间对复合薄膜的晶体结构、形貌、光电性质的影响.研究结果表明:ZnO纳米棒阵列表面包覆CdS纳米颗粒后,其吸收光谱可拓展到可见光区;与吸收光谱相对应在可见光区出现新的光电压谱响应区,这一现象证实,通过与CdS复合可显著提高ZnO纳米棒阵列在可见光区的光电转换性能;随着CdS纳米颗粒沉积时间的延长,复合纳米棒阵列薄膜在大于383nm波长区域的光电压强度逐渐减弱,而在小于383nm波长区域的光电压强度逐渐增强.用两种不同的电荷产生和分离机制对这一截然相反的光响应过程进行了详细的讨论和解释.     

ZnO纳米棒阵列在TiO2介孔薄膜上的生长及其表征

通过低温水热法成功地将ZnO纳米棒阵列定向生长在了介孔锐钛矿TiO2纳米晶薄膜上,并主要利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和光致发光光谱等对其进行了表征。所制备的纳米棒具有六边形的端面,纳米棒的尺寸及端面边长分布范围窄,并且沿c轴方向(002)表现出了明显的择优化生长。此外,相比于玻璃基底或TiO2纳米颗粒薄膜,生长在介孔TiO2薄膜上的ZnO纳米棒阵列表现出了较好的取向生长,表明基底的表面结构和组成对ZnO纳米棒阵列的生长有显著的影响。根据基底有序的多孔结构,讨论了纳米棒阵列可能的生长机理。所得到的ZnO纳米棒阵列在室温下分别表现出了以370 nm为中心的强近紫外光和以530 nm为中心的弱绿光两条荧光谱带。     

Performance enhancement of CdS nanorod arrays/P3HT hybrid solar cells via N719 dye interface modification

Improved hybrid solar cells consisting of vertical aligned cadmium sulfide (CdS) nanorod arrays and interpenetrating polythiophene (P3HT) have been achieved via modification of CdS nanorod surface by using conjugated N719 dye. The complete infiltration of P3HT between CdS nanorods interspacing was verified by scanning electron microscopy. By employing absorption and photoluminescence spectra, and current-voltage characterization the interaction between N719 molecules and CdS nanorods/P3HT interface was explored, and the role of N719 dye on the improvement of device performance was discussed.     

Toward highly efficient CdS/CdSe quantum dots-sensitized solar cells incorporating ordered photoanodes on transparent conductive substrates

A series of ordered photoanodic architectures (including ordered TiO(2) nanotube arrays (TNT), ZnO nanorods, ZnO/TiO(2) core/shell nanostructures) for CdS/CdSe sensitized solar cells (QDSCs), were fabricated directly on transparent conductive oxide glasses by a facile sol-gel assisted template process. The morphologies, optical and electrical properties of TNTs and CdS/CdSe co-sensitized TNTs have been demonstrated. The effect of CdSe deposition time on the cell performance was clarified, and the growth mechanism of the CdSe quantum dots on the surface of the TNTs has been proposed as well. Furthermore, the evolution of open-circuit photovoltage (V(oc)) towards CdSe deposition time has been investigated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). A promising light-to-electricity conversion efficiency of up to 4.61% has been achieved with 3 μm long TNT arrays, which is the best record for sandwich-type ordered TNT-based QDSCs.     

Correlating interface heterostructure, charge recombination, and device efficiency of poly(3-hexyl thiophene)/TiO2 nanorod solar cell

The charge recombination rate in poly(3-hexyl thiophene)/TiO(2) nanorod solar cells is demonstrated to correlate to the morphology of the bulk heterojunction (BHJ) and the interfacial properties between poly(3-hexyl thiophene) (P3HT) and TiO(2). The recombination resistance is obtained in P3HT/TiO(2) nanorod devices by impedance spectroscopy. Surface morphology and phase separation of the bulk heterojunction are characterized by atomic force microscopy (AFM). The surface charge of bulk heterojunction is investigated by Kelvin probe force microscopy (KPFM). Lower charge recombination rate and lifetime have been observed for the charge carriers in appropriate heterostructures of hybrid P3HT/TiO(2) nanorod processed via high boiling point solvent and made of high molecular weight P3HT. Additionally, through surface modification on TiO(2) nan,orod, decreased recombination rate and longer charge carrier lifetime are obtained owing to creation of a barrier between the donor phases (P3HT) and the acceptor phases (TiO(2)). The effect of the film morphology of hybrid and interfacial properties on charge carrier recombination finally leads to different outcome of photovoltaic I-V characteristics. The BHJ fabricated from dye-modified TiO(2) blended with P3HT exhibits 2.6 times increase in power conversion efficiency due to the decrease of recombination rate by almost 2 orders of magnitude as compared with the BHJ made with unmodified TiO(2). In addition, the interface heterostructure, charge lifetime, and device efficiency of P3HT/TiO(2) nanorod solar cells are correlated.     

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%。     

Tuning the Dimensions of ZnO Nanorod Arrays for Application in Hybrid Photovoltaics

ZnO nanorod arrays are a very eligible option as electron acceptor material in hybrid solar cells, owing to their favorable electrical properties and abundance of available, easy, and low‐cost synthesis methods. To become truly effective in this field, a major prerequisite is the ability to tune the nanorod dimensions towards optimal compatibility with electron‐donating absorber materials. In this work, a water‐based seeding and growth procedure is used to synthesize ZnO nanorods. The nanorod diameter is tuned either by modifying the zinc concentration of the seeding solution or by changing the concentration of the hydrothermal growth solution. The consequences of this morphological tailoring in the performance of hybrid solar cells are investigated, which leads to a new record efficiency of 0.82 % for hydrothermally grown ZnO nanorods of size 300 nm in combination with poly(3‐hexylthiophene‐2,5‐diyl) (P3HT). This improvement is attributed to a combined effect of nanorod diameter and orientation, and possibly to a better alignment of the P3HT backbone resulting in improved charge transport.     

电沉积ZnO纳米棒阵列及共形结构杂化太阳能电池

采用电沉积法制备出ZnO致密纳米颗粒膜和不同尺寸的纳米棒阵列。通过在ZnO上旋涂p型聚合物聚3-己基噻酚(P3HT)与n型富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯(PCBM)的混合物,并蒸镀金属Ag,制备出不同结构的杂化太阳能电池。通过扫描电镜、X射线衍射、光致发光和模拟太阳光光电性能测试,对ZnO的生长条件、晶体形貌及缺陷与太阳能电池性能之间的关系进行了系统研究。结果表明,ZnO的形貌和晶体缺陷的分布对杂化太阳能电池有重要影响,避免共混聚合物与ZnO缺陷聚集区的直接接触可有效消除电流泄漏。在电池结构方面,与ZnO纳米阵列块状结构杂化太阳能电池相比,共形结构的杂化太阳能电池可有效缩短空穴到金属电极的传输距离,增大聚合物与金属电极的接触面积,光电转换效率可提升64%~101%。