PbS/Ru(Ⅱ)配合物敏化Cd(Ⅱ)掺杂TiO_2纳米晶电极的光电化学

合成了Ｃｄ（Ⅱ）掺杂ＴｉＯ２纳米粒子（掺杂５％Ｃｄ（Ⅱ））,用光电化学方法测定了ＰｂＳ、ＲｕＬ２（ＮＣＳ）２（Ｌ＝２,２′联吡啶４,４′二羧酸）分别敏化及ＰｂＳ／ＲｕＬ２（ＮＣＳ）２复合敏化该纳米晶膜电极的光电化学行为,实验证明,ＰｂＳ、ＲｕＬ２（ＮＣＳ）２单独敏化和ＰｂＳ／ＲｕＬ２（ＮＣＳ）２复合敏化的Ｃｄ掺杂电极比纯的ＴｉＯ２电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动;在３８０～６００ｎｍ范围内,ＰｂＳ／ＲｕＬ２（ＮＣＳ）２复合敏化Ｃｄ掺杂电极的效果比ＰｂＳ和ＲｕＬ２（ＮＣＳ）２单独敏化的效果更好     

染料敏化TiO2纳米晶多孔膜电极的带边移动

染料敏化ＴｉＯ２纳米晶多孔膜电极的带边移动郝彦忠李卫华何君勇杨迈之＊蔡生民（北京大学化学与分子工程学院１００８７１）郝彦忠男，３０岁，讲师，研究领域：光电化学太阳能转换＊联系人国家自然科学基金资助项目１９９８－０３－１６收稿，１９９８－０５－１４修回...     

N3敏化Ho3+离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响. TiO2表面氧化钬的存在一方面降低了染料和TiO2之间的电子注入速率, 而另一方面它也能够抑制电荷复合. 结果表明, 在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的Ho3+离子层, 在电极表面就形成了一个势垒, 能够有效抑制电极表面的电荷复合, 从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率. 在93.1 mW·cm-2白光照射下, TiO2/Ho-0.1 和TiO2/Ho-0.2(0.1 和0.2分别是修饰TiO2电极的Ho3+溶液的浓度, 单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%, 与TiO2电极(7.2%)比较, 分别增大了15%和5%.     

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。     

N3敏化Ho~（3＋）离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响.TiO2表面氧化钬的存在一方而降低了染料和TiO2之间的电子注入速率,而另一方面它也能够抑制电荷复合.结果表明,在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的HO3+离子层,在电极表面就形成了一个势垒,能够有效抑制电极表面的电荷复合,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率.在93.1 mW·cm-2白光照射下,TiO2/Ho-0.1和TiO2/Ho-0.2(0.1和0.2分别是修饰TjO2电极的Ho3+液的浓度,单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%,与TiO2电极(7.2%)比较,分别增大了15%和5%.     

染料敏化纳米晶太阳能电池

半导体纳米晶颗粒形成的膜具有非常大的比表面积，其表面上可以吸附大量的染料分子，因而可以有效地吸收太阳光，并将其转化为电能。本文介绍了染料敏化纳米晶太阳能电池的基本原理以及电池的结构。从电池各个组成部分分别介绍了染料敏化纳米晶太阳能电池的发展及其研究现状。     

三甲川菁染料敏化TiO2纳米结构的电极的光电化学

研究了三甲川菁染料敏化ＴｉＯ２纳８米结构电极的光电化学行为。结果表明，使用该染料敏化可显著提高ＴｉＯ２纳米电极的光电流，使电极的吸收波长红移至可见光区，光电转移效率得到明显改善，ＩＰＣＥ值最高可达１２．１％。     

Ru(bpy)2(NCS)2染料敏化CdS/Zn2+TiO2复合半导体纳米多孔膜的光电化学

采用水热法合成了Zn²⁺离子掺杂的TiO₂纳米粒子[Zn²⁺掺杂量0.5%(物质的量的比)],并用光电化学方法研究了经Ru(bpy)₂(NCS)₂(bpy=2,2′bipyridine₄,4′dicarboxylicacid)分别敏化的掺杂Zn²⁺的TiO₂电极(简写为Zn²⁺-TiO₂)和CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极的光电化学行为.实验证明Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比单独敏化Zn²⁺-TiO₂电极的光电转换效率高,且敏化Zn²⁺TiO₂电极和敏化CdS/Zn²⁺TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比Zn²⁺-TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动.在360600nm范围内,Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极光电转换效率最好.     

染料敏化的TiO2纳米晶多孔膜的性质及其光电转换

纳米材料由于粒径小而具有许多特殊的不同于块体材料的性质。用纳米技术制成ＴｉＯ２纳米晶多孔膜,能作为良好的光电转换的基质。通过选择合适的敏化染料,能达到很高的光电转换效率。本文介绍光电转换的原理,ＴｉＯ２纳米晶多孔膜的性质与制备及敏化染料的特性。     

3d过渡金属掺杂TiO2纳米晶膜电极的光电化学研究

应用原子力显微镜和X射线粉末法对3d过渡金属离子Cr(Ⅲ),Fe(Ⅲ),Mn(Ⅱ),Co(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)掺杂TiO₂纳米晶粒(简写为m^3d-TiO₂)作了表征,并用光电化学方法研究了m^3d-TiO₂纳米结构多孔膜电极.实验结果表明,m^3d-TiO₂纳米粒子的颗粒较均匀,粒径约为15nm,其晶型为锐钛矿和板钛矿的混晶.在所研究的m^3d-TiO₂中,只有Zn²⁺-TiO₂电极的光电流大于未掺杂的TiO₂纳米结构多孔膜电极.3d金属离子的掺杂引起各电极的光电流信号在一定波长范围内出现p-n转型现象.     

三甲川菁染料敏化TiO2纳米结构电极的光电化学

研究了三甲川菁染料敏化ＴｉＯ２ 纳米结构电极的光电化学行为．结果表明,使用该染料敏化可显著提高ＴｉＯ２ 纳米结构电极的光电流,使电极的吸收波长红移至可见光区,光电转换效率得到明显改善,ＩＰＣＥ值最高可达１２－１ ％ ．     

Zn(Ⅱ)和La(Ⅲ)共掺杂TiO2纳米晶多孔膜电极光电化学行为研究

采用溶胶-凝胶法合成了Zn（Ⅱ）、La（Ⅲ）共掺杂TiO2纳米粒子（掺杂0．5％Zn（Ⅱ）及0．5％La（Ⅱ））,并制成了TiO2、掺杂0．5％Zn（Ⅱ）及共掺杂0．5％Zn（Ⅱ）和0．5％La（Ⅱ）的TiO2纳米晶多孔膜电极,对该3种电极进行了电化学及光电化学研究,实验发现,用Zn（Ⅱ）单独掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流大于未掺杂的TiO2纳米多孔膜电极,而Zn（Ⅱ）和La（Ⅲ）共掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流又大于Zn（Ⅱ）单独掺杂TiO2纳米多孔膜电极,对该掺杂电极的光电转换机理进行了探讨。     

纳米晶TiO2电极上半菁衍生物光敏染料

合成了具有不同共轭链长度的吡啶盐类及喹啉盐类半菁染料(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)乙烯基]吡啶鎓盐(P1)、(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)丁二烯基]吡啶鎓盐(P2)、(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)乙烯基]喹啉鎓盐(Q1)以及(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)丁二烯基]喹啉鎓盐(Q2).研究了它们的光物理性质，并将它们用作TiO2纳米晶电极的光敏化剂引入光电化学电池.与含有乙烯基共轭桥的染料P1和Q1相比，含有丁二烯基共轭桥的染料P2和Q2在甲醇和氯仿中的最大吸收均发生一定程度的红移，而且吸收光谱变宽.这两类染料都能很好地吸附于TiO2电极上.在比较了四个染料的吸收光谱、摩尔消光系数以及在TiO2电极表面的吸附量后，发现Q1具有最好的光电转化性质.     

TiO2/CdS/Ru(bpy)2(NCS)2作为太阳电池光阳极的探讨

将CdS纳米粒子复合成TiO2纳米多孔膜上，用染料Ru(bpy)2(NCS)2对此复合半导体纳米膜电极进行每化，测量了不同CdS复合量的ITO／TiO2/CdS/Ru(bpy)2(NCS)2光阳极组成光电池的能量转换效率，实验证明，ITO／TiO2/CdS/Ru(bpy)2(NCS)2作为太阳电池光阳极的能量转换效率与TiO2/CdS复合半导体中CdS的含量有关，当CdS复合时间为5min的电池的短路电流为5．23A／m^2,开路电压为0．716V，能量转换效率为0．77％。     

染料敏化稀土离子修饰二氧化钛纳米晶电极的光电化学性质

制备了N3染料敏化的稀土离子表面修饰二氧化钛纳米晶电极. 由于在新电极表面形成了一个势垒, 这个势垒可以有效地抑制电极表面的电荷复合, 因此改善了电极的光电转化性质. 其中N3染料敏化Yb³⁺离子修饰TiO₂电极在73.1 mW/cm²白光照射下的光电转化效率比TiO₂电极增大了15%.     

TiO2纳米晶复合纳米棒染料敏化太阳能电池

通过二次水热法合成锐钛矿TiO₂纳米棒(ANR). 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)等手段对其进行表征. 通过调节ANR和锐钛矿纳米颗粒(ANP)的掺杂比例来增加TiO₂纳米晶膜的光捕获效率和电子传输速率, 并对比了单层结构(ANR+ANP)和双层结构(ANP/(ANR+ANP))的纳米晶膜光阳极的光电转化性能. 在AM 1.5、光强100 mW·cm^-2的模拟太阳光下测试, 染料N719敏化的双层结构太阳能电池光电转化效率达7.3%, 比相同条件下单层纯ANP光阳极器件的光电转化效率(6.1%)提高了20%.     

两种菁类染料复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学研究

应用光电化学方法研究了两种菁类染料Cy3和Cy5复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为. 结合两种染料的紫外-可见光谱和循环伏安曲线, 确定了Cy3和Cy5的电子基态和激发态能级位置. 结果表明两种染料的激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配, 复合敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流, 使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区. 复合敏化降低了染料Cy3在电极吸附时的聚集程度, 使其单色光的转换效率(IPCE)提高了169%, 复合敏化电极总的光电转换效率η为2.09%, 分别是Cy3和Cy5单独敏化时光电转换效率的2.069和1.229倍.     

硫化物/Ru(II)络合物复合敏化TiO2纳米多孔膜

用光电化学方法研究了ＣｄＳ,ＰｄＳ和Ｒ１１Ｌ２（ＮＣＳ）２,（Ｌ＝２,２′－ｂｉｐｙｄｉｎｅ－４,４′－ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃａｃｉｄ）复合敏化ＴｉＯ２纳米晶电极的光电化学行为,结果表明,采用复合敏化比用Ｒ１１（ＩＩ）络合物单独敏化ＴｉＯ２纳米晶电极效果好,大大提高了光电转换效率,主要原因是采用复合敏化,可防止ＴｉＯ２导带上由光注入产生的电子的反向转移,避免了电子的损失。     

纳米TiO2电极的特殊光电化学响应

应用涂膜法、电沉积法和溶胶-凝胶法制备纳米TiO2电极.实验发现,纳米TiO2具有特殊的光电化学响应,其光电流~电位变化出现光电流峰,这一特殊的光电化学性质乃与纳米半导体电极的纳米结构及其特殊的光诱导氧化还原反应机理密切相关.     

CeO2—TiO2复合纳米晶多孔膜的光电化学行为

用溶胶凝胶法制备了CeO2－TiO2复合纳米晶多孔膜电极，并用XRD及原子力显微镜（AFM）进行表征．通过光电化学研究，发现了CeO2-TiO2复合纳米晶电极光响应的p型和n型转换现象．结果表明，随着CeO2含量的不同及外电场的变化，CeO2－TiO2复合纳米晶电极可以呈现不同的光响应．