电沉积表面修饰对染料敏化太阳电池微观性能影响机理研究

为了改善染料敏化太阳电池内电子的传输复合过程, 研究者尝试不同方法制备或改性TiO₂薄膜. 对TiO₂薄膜进行后处理, 在其表面引入一层小颗粒层, 是一种有效的方法并被广泛研究. 通过对TiO₂薄膜不同时间的电沉积表面修饰, 细致研究了表面修饰后染料敏化太阳电池微观性能的变化机制. 采用阳极氧化法在TiCl₃水溶液中对TiO₂薄膜进行电沉积后处理, 将溶液pH值调至2.2, 装置的反应速率由恒电位仪控制. 不同沉积时间电池带边移动以及电子传输复合的动力学过程, 借助强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)和电化学阻抗谱(EIS)等探测技术表征. 研究表明, 电沉积在TiO₂薄膜表面引入了大量浅能级陷阱态, 以致电势较高时电容随沉积时间延长增加明显. 不同时间的电沉积表面修饰在TiO₂薄膜表面形成了新的小颗粒层并改善了TiO₂颗粒间接触, 在改善电子注入及收集过程的同时, 也有效抑制了内部电子复合. IMPS/IMVS结果表明, 电沉积对动力学过程改善的效果受光强影响明显, 弱光下作用更为突出. 此外, 电池开路电压主要受带边移动及内部复合变化影响, 随沉积时间延长, 表面电荷的增多使TiO₂薄膜带边逐渐正移, 有效改善了光电流却限制了开路电压的提升. 在适合的电沉积时间下, 电沉积表面修饰可以同时改善光电流和光电压.     

Au掺杂对TiO_2薄膜表面态及电荷传输性能的影响

采用两步法合成了不同Au掺杂量的TiO_2薄膜材料,并通过循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)探究了不同Au掺杂量TiO_2薄膜的表面态数量及其在禁带中的分布情况.借助强度调制光电流/电压谱(IMPS/IMVS)研究了薄膜内电子传输时间和寿命及界面电荷转移性能等.结果表明,适量Au(摩尔分数0.2%)的掺入可有效降低薄膜的表面态数量,优化表面态分布情况,提高电子在TiO_2/染料/电解质界面的电阻,从而改善电子的传输性能,提升太阳电池的光电转换效率.     

对电极性能对染料敏化太阳电池动力学过程的影响

借助电化学阻抗谱(EIS)和强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)技术, 采用不同纳米TiO₂多孔薄膜对电极研究了染料敏化太阳电池(DSC)内部2个主要电荷输运过程的内在联系, 并探讨了载Pt材料对DSC界面动力学过程及电池宏观性能的影响机理. 借助等效电路模型分析了基于不同对电极材料电池的填充因子变化原因. 结果表明, 对电极材料的电极电荷交换过程制约光阳极膜内电子传输, 进而影响电池光伏性能; 同时对电极催化反应速率主要与催化剂活性、 载Pt材料电导率和催化反应面积有关.     

利用强度调制光电流/光电压谱研究碳点/KOH电解液界面的动力学行为

通过强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术研究在光电分解水制氢体系中碳点光阳极与KOH电解液界面的动力学行为。结果表明,光强在30–90 m W·cm~(-2)范围内,界面的电子传输时间(τ_d)、电子寿命(τ_n)、电子扩散系数(D_n)、电子扩散长度(L_n)均没有变化;当光强增加到110和130 m W·cm~(-2)时,τ_d和τ_n延长,而D_n减小。实验表明,不同于Ti O_2/电解液等界面,碳点光电极/电解液界面中碳点电极存在的缺陷少,因此电子主要以无陷阱限制扩散方式传输为主。且在30–130 m W·cm~(-2)的光强范围内,与τ_d和τ_n相关的载流子收集效率(η_(cc))相近。     

利用强度调制光电流谱研究TiO2薄膜中染料不均匀分布现象

利用强度调制光电流谱(IMPS)研究了不同微结构的TiO2薄膜在不同的浸泡时间条件下的染料分布情况, 分析了染料分布对染料敏化太阳电池光伏性能的影响. 研究结果表明, TiO2薄膜中确实存在染料的不均匀分布现象, 染料不均匀分布对太阳电池的光伏性能有显著的影响.     

通过S2-中间态将CdSe量子点有机配体转化为ZnS保护层及其器件光伏特性

通过S2-中间态将有机配体三辛基氧膦(TOPO)转化为ZnS保护层,显著改善了CdSe量子点(QDs)器件的转换效率.配体交换后的傅里叶变换红外(FTIR)光谱结果表明,有机配体已被S2-离子配体取代;离子反应后的X射线光电子能谱(XPS)结果表明S2-离子配体反应生成了ZnS,紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱结果表明量子点溶液吸收峰位没有发生明显改变,透射电子显微镜(TEM)结果表明配体交换后量子点粒径减小.电化学阻抗谱(EIS)结果表明光照条件下有机配体转化为ZnS保护层后TiO2/QDs/电解质界面电阻减少,证明该条件下正向电子传输增强;强度调制光电压谱(IMVS)和强度调制光电流谱(IMPS)结果表明电子寿命和扩散速度增加.相比于有机配体,形成ZnS保护层后的量子点敏化太阳能电池(QDSC)效率由0.98%提高到1.75%,相对提高了1.78倍.     

长链双烷基次膦酸作为共吸附剂修饰TiO_2光阳极

对TiO2/染料/电解质界面进行修饰是提高染料敏化太阳电池(DSC)性能的有效手段,其中引入共吸附剂有机小分子和染料共同吸附在TiO2表面是一种简单有效提高DSC性能的方法.本文合成了长链的双正十二烷基次膦酸(DDdPA)作为染料的共吸附剂应用于染料敏化太阳电池.通过红外光谱(FT-IR)表征DDdPA在TiO2表面的吸附;借助电化学阻抗谱(EIS)及强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)等技术表征了电子的传输与复合动力学过程.研究发现,DDdPA可以很好地与染料共同吸附在TiO2表面;与二(3,3-二甲基丁基)次膦酸(DINHOP)相比,DDdPA的引入可以更好地抑制TiO2/染料/电解质界面处的电子复合;在优化浓度配比下,DDdPA的引入有效提高了器件的电子寿命,使TiO2导带边负移约30 mV,最终使器件的开路电压提高了47 mV,光电转换效率提升约10%.     

动态力学温度谱的分析及应用

本文由动态力学温度谱求得松弛谱,并从松弛谱的变化分析了热处理条件对试样超分子结构的影响,进而讨论了WLF方程中常数之比值C₁/C₂与超分子结构的关系。     

色谱法中的谱带和色谱峰

对色谱法中的谱带作了具体的定义。详细论述了谱带与色谱峰之间的关系,指出分析谱带是研究色谱现象的基础。色谱法中的色谱峰并不局限于色谱图中的色谱峰,只要是组分的分析谱带,都可以形成一个色谱峰与之相对应。     

离子迁移谱技术及其在化学战剂侦检中的应用

简要介绍离子迁移谱的基本原理、离子迁移率理论,以及离子迁移谱仪的最新研究进展;阐述了离子迁移谱技术在化学战剂侦检中的应用,如在神经性毒剂、糜烂性毒剂方面的应用。     

强度调制光电流谱研究纳晶薄膜电极过程

用强度调制光电流谱研究半导体纳晶薄膜电极光生电荷的界面转移和输运动力学过程.从测量不同外加电压和不同硫化钠溶液浓度下CdSe纳晶薄膜电极的光电流响应得到了参数:归一化稳态光电流和表面态寿命,分析界面空穴的直接转移和通过表面态的间接转移过程.通过测量不同背景光强下TiO2纳晶薄膜电极的电子扩散系数研究电子输运过程.应用HCl化学处理方法明显增大了电子扩散系数,改善了电子在TiO2纳晶薄膜电极中的输运性能.     

Linking optical and electrical small amplitude perturbation techniques for dynamic performance characterization of dye solar cells

This paper unifies the analytical models used widely but thus far mostly separately for electrical and optical small amplitude perturbation measurements of nanostructured electrochemical dye solar cells (DSC): electrochemical impedance spectroscopy (EIS), intensity-modulated photocurrent spectroscopy (IMPS) and intensity-modulated photovoltage spectroscopy (IMVS). The models are linked by expressing the kinetic boundary condition used for solving the time-dependent continuity equation of electrons in IMPS and IMVS analysis in terms of the series and parallel impedance components found in the complete equivalent circuit impedance model of DSC. As a result, analytical expressions are derived for potentiostatic IMPS and galvanostatic IMVS transfer functions of complete DSCs that are applicable at any operating point along the solar cell current-voltage (IV) curve. In agreement with the theory, impedance spectrum calculated as a ratio of IMVS and IMPS transfer functions measured near the maximum power point matches exactly with the impedance spectrum measured directly with EIS. Consequently, both IMPS-IMVS and EIS yield equal estimates for the electron diffusion length. The role of the chemical capacitance of the nanostructured semiconductor photoelectrode in the interpretation of the so-called RC attenuation of the IMPS response is clarified, as well as the capacitive frequency dispersion in IMPS and IMVS.     

Synthesis of ZnO nanomaterials with controlled morphology and their photoelectrochemical properties

Three morphologies of ZnO nanomaterials (ZnO-hand grenade, ZnO-rod and ZnO-particle) were synthesized via a facile hydrothermal method. The as prepared ZnO nanomaterials were used as photoelectrodes to fabricate dye sensitized solar cells (DSSCs). Of the three samples, ZnO-particle displays the highest photovoltaic conversion efficiency which can be attributed to the high surface area to absorb light more efficiently. Intensity modulated photocurrent spectroscopy (IMPS), and intensity-modulated voltage spectroscopy (IMVS) indicate that ZnO-rod provides superior electron transfer kinetics: fast electron transfer and long electron lifetimes with suppressed recombination.     

大豆蛋白的中红外和近红外光谱研究*

大豆蛋白在各领域的应用已得到广泛的关注,因此大豆蛋白及其改性材料在结构性能方面的研究显得越来越重要。中红外光谱(mid-infrared spectroscopy,MIR)和近红外光谱(near-infrared spectroscopy,NIR)正是对蛋白质进行定性定量分析的有力手段。中红外光谱可以有效地分析大豆蛋白在溶液和薄膜中的二级结构以及大豆衍生材料内蛋白质的结构变化情况。近红外光谱则在蛋白质定量分析方面有着独特的优势。本文介绍了运用这两种光谱技术进行研究的一些工作,这些实例表明了中红外和近红外光谱在大豆蛋白研究领域的重要应用价值。     

强度调制光电流谱研究TiO2悬浮体系光催化机理

用强度调制光电流谱在光电化学电池中研究TiO2粒子悬浮液体系中的光催化反应机理,将强度按正弦变化的调制光照射TiO2粒子悬浮液,产生随频率变化的光电流响应,收集在Pt电极上,得到了光电流响应复数平面图,其上半圆和下半圆分别代表光生空穴和光生电子的阴极还原和阳极氧化反应过程.根据阴极和阳极光电流的幅度及上下半圆的特征频率分析讨论了光催化反应的机理及外加电压和H2O2添加物的影响.     

微波波谱技术和应用*

微波波谱法具有研究分子系统的结构、构象平衡、分子间相互作用、分子内部运动等物理化学动力学过程的能力。本文综述了微波波谱技术的进展。对微波吸收波谱仪、脉冲喷嘴傅立叶变换微波波谱仪、线性脉冲傅立叶变换微波波谱仪等技术进展进行了论述,详细介绍了脉冲喷嘴阀技术、外部场调制、微波二次共振、线性脉冲、快速扫描等技术,分析了微波谱仪在分析测试领域的发展。对微波谱仪的未来发展做了展望。     

染料敏化太阳电池阻抗特性研究

电化学阻抗谱(EIS)是染料敏化太阳电池(DSC)领域中最重要的研究手段之一。本文详细介绍了EIS在DSC研究中的理论模型、实验方法、内部电荷传输和转移过程、阻抗信息提取和动力学过程解析的最新研究进展;综述了其在光阳极、电解液体系、对电极、稳定性、新结构设计等DSC各个研究领域中的应用,特别总结了DSC内部各个组成部分的阻抗特性。最后,对这些方面存在的问题进行了评论,并对未来新材料和电池机理的深入研究进行了展望。