电沉积制备的ZnO薄膜在染料敏化太阳能电池中光电性能的研究

采用阴极电沉积法在导电玻璃基体上制备了ZnO薄膜,研究了工艺条件对ZnO薄膜在染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光电性能的影响.通过热分析(TG-DTA),X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)对ZnO薄膜的结构和形貌进行了表征.实验结果表明,电沉积制备的ZnO薄膜为纤锌矿结构,薄膜颗粒均匀,在DSSC中表现出较好的光伏性能.     

TiO2纳米花的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热合成技术,以盐酸、去离子水和钛酸丁酯为反应前驱物,在透明导电玻璃(FTO)衬底上合成TiO2纳米花薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)对其形貌和结构进行了分析.结果表明在FTO衬底上形成的纳米花是由四方形柱状结构的纳米棒构成的,纳米棒由具有金红石晶型的直径为4~6 nm的几十条单晶纳米线束聚集在一起构成的.研究了以TiO2纳米花薄膜为光阳极制备的染料敏化太阳能电池的光电性能,电池的开路电压、短路电流密度和转换效率均随着反应前驱物中钛酸丁酯的浓度的增加而变小,这是由于纳米花的比表面积随着钛酸丁酯的浓度增加而减少造成的.     

染料敏化太阳能电池中花青素与β-胡萝卜素天然染料共敏化的研究

从高原格桑花和胡萝卜中提取天然染料花青素和β-胡萝卜素作为敏化剂,并组装染料敏化太阳能电池(DSC).研究了提取的天然染料的光吸收性能、主要成分和共敏化方式,讨论了花青素和β-胡萝卜素的共敏化形式、比例、浓度和时间对DSC光电性能的影响.研究发现,花青素和β-胡萝卜素混合敏化时表现出明显的共敏化作用,而分层敏化时则共敏效果不明显.当花青素含量逐渐降低时,共敏化电池的短路电流和光电转换效率表现出先增大后减小的趋势,且共敏化的最佳体积比为1∶1,同时发现共敏化时间比通常少很多,最佳敏化时间为15min.最佳共敏化条件下组装的DSC的短路电流密度为0.725 mA/cm2,光电转换效率为0.267;,相比于花青素和β-胡萝卜素单独敏化时组装的DSC,短路电流分别提高了60;和505;,光电转换效率分别提高了51;和480;,这主要得益于共敏化后拓宽的光谱吸收范围.     

染料敏化太阳能电池的研究进展

染料敏化太阳能电池由于具有特殊的结构,低廉的制作成本,较高的光电转换效率,成为新型廉价高效太阳能电池的研究热点。近年来,染料敏化太阳能电池的光电转换效率已经突破12%,为其产业化打下良好的基础。本文主要介绍了其关键组成部分如光阳极、对电极和电解质等的组成、结构与性能关系,对国内外该领域的研究进展进行了评述,并介绍本课题组在该领域的研究进展。     

垂直导电衬底的ZnO纳米片的制备及其染料敏化太阳电池的性能

介绍了二水乙酸锌/甲醇体系和硝酸锌/尿素体系制备垂直导电衬底的多孔ZnO纳米片、相应染料敏化太阳电池的性能以及制备垂直导电衬底ZnO纳米片体系的发展和现状.硝酸锌/尿素体系更易得到垂直导电衬底的多孔ZnO纳米片,而采用二水乙酸锌/甲醇体系,既可得到垂直导电衬底的多孔ZnO纳米片,也可得到由纳米片组成的多级结构微球.当前,硝酸锌/尿素体系制备的垂直导电衬底的ZnO纳米片的电池最高光电转换效率已达6.06;.     

染料敏化太阳能电池中SrCO3包覆TiO2电极的界面特性研究

用水热法制备TiO2纳米材料,并对TiO2表面进行修饰.通过场发射扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱(XPS)对材料表面结构和成分进行分析.结果表明TiO2薄膜表面包覆了一层粒径较大的SrCO3颗粒,整个电极表面呈现均匀的多孔结构.使用电化学工作站对电池进行光电性能分析和EIS测试,由Ⅰ-Ⅴ曲线的结果可得,修饰后的电极性能更优越,短路电流提高了39.9;,光电转化效率提高了38.3;.由电化学阻抗谱(EIS)测试结果可以看出,修饰后TiO2/dye/电解质的界面阻抗大于修饰前,说明包覆层在一定程度上起到了阻碍电荷复合的作用,从而减小了暗电流.     

PbS/CdS纳米晶共敏化ZnO纳米线太阳能电池的性能研究

以Zn (Ac)2·2H2O为原料在强碱性条件下合成一维结构的ZnO纳米线,SEM结果表明合成的纳米线尺寸、形貌、长径比均一;并以油胺为单一溶剂采用热注射法制备了形貌、尺寸均匀的PbS纳米晶;构建PbS纳米晶敏化ZnO纳米线基太阳能电池,同时为了改善电池的光电转换效率并构建了PbS/CdS纳米晶共敏化电池,并测试了电池的光电流密度-光电压(J-v)曲线以及Nyquist曲线图,结果表明PbS/CdS纳米晶共敏化电池性能明显优于单纯的PbS纳米晶敏化ZnO纳米线太阳能电池.     

TiO2包覆SnO2光阳极的制备及其对DSSC性能的影响

以TiCl4溶液浸泡处理的花状SnO2晶体薄膜为光阳极,经N3染料浸渍,与Pt对电极,I-/lf电解质组装成染料敏化太阳能电池(DSSC).通过XRD对花状SnO2粉体物相进行分析;利用SEM对花状SnO2粉体及SnO2-TiO2薄膜表面形貌进行分析;电池的光电性能通过伏安特性曲线(J-V)进行分析.结果表明:花状SnO2-DSSC有利于提高电池的光电性能,光电转换效率较球状SnO2-DSSC提高近38;.经TiCl4处理的SnO2-TiO2-DSSC的短路电流(Jse)和开路电压(Voc)分别达到7.20 mA·cm-2和0.63V,电池的光电转换效率达到3.24;,与纯花状SnO2-DSSC相比提高了近4倍.     

UV-O3照射处理对柔性染料敏化光阳极性能的影响

分别从UV-O3照射ITO-PEN基板和低温烧结后光阳极薄膜两个角度,采用XRD、SEM、接触角测量仪等手段,系统的分析了UV-O3照射处理对光阳极光电性能的影响.研究表明:UV-O3照射处理能够改善基板表面的亲水性,提高了浆料在ITO-PEN基板表面的涂覆均匀性;同时UV-O3照射处理还可以有效的去除低温烧结后光阳极TiO2薄膜中残余的有机物,改善了光阳极TiO2薄膜的导电性及其内部不同粒径TiO2纳米颗粒之间的连接性,使电池的短路电流密度得到了提升,最终使得电池的光电转化效率由5.30;提高到了5.71;.     

液相沉积低温制备染料敏化太阳能电池光阳极及表征

本研究采用液相沉积法在恒温与变温两种条件下进行沉积,选用FTO导电玻璃与柔性PET-ITO作为基底.由XRD结果可知产物均为锐钛矿相二氧化钛,80℃条件下结晶性更好;SEM测试结果表明TiO2薄膜层为多孔结构.变温条件制备的电池效率最高,而60℃恒温条件制备的电池效率略高于80℃.FTO作为基底在梯度温度下制备组装的电池效率达到5.71;,相同条件下制备的柔性基底组装的电池效率为4.07;.     

TiO2纳米棒复合结构光阳极的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用

通过水热法制备了垂直于导电基底的金红石纳米棒阵列,首次通过磁控溅射方法制备了一维阵列金红石/锐钛矿核壳结构,并将其应用于染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs).样品结构和形貌分别利用X射线衍射仪、透射电镜、扫描电子显微镜进行表征观察.结果表明,磁控溅射法制备的复合结构光阳极具有更好的形貌和比表面积.光电转换性能测试表明,与单纯水热生长的金红石纳米棒光阳极相比(1.10;),磁控溅射法制备的复合结构光阳极具有更高的光电转换效率(2.85;),光电转换效率提高了将近2.6倍.     

TiO2/ZnO复合微球的制备及其光催化性能研究

以碳微球为模板,采用溶胶凝胶法、水热法等方法分别制备了TiO2微球、ZnO微球和TiO2/ZnO复合微球,采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪等对样品进行了表征,结果表明:制备的TiO2微球、ZnO微球和TiO2/ZnO复合微球,各微球直径在5 ～ 10 μm之间.在紫外光和可见光下研究了制备的光催化剂对亚甲基蓝溶液和湖水的光催化性能,光催化实验表明:三种微球中TiO2/ZnO复合微球具有良好的光催化性能.     

CuInS2量子点敏化ZnO基光阳极的制备与性能研究

采用两步法在导电玻璃(FTO)基板上制备纯氧化锌(ZnO)纳米棒和钇掺杂的氧化锌(ZnO∶Y)纳米棒,采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在所制备的ZnO及ZnO∶Y纳米棒上沉积CuInS₂量子点制备ZnO/CuInS₂和ZnO∶Y/CuInS₂光阳极。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、电流密度-电压(J-V)曲线等技术手段对不同光阳极样品的晶相结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能和太阳电池性能进行了表征。实验结果表明:所制备的ZnO纳米棒和ZnO∶Y纳米棒为六方纤锌矿结构。CuInS₂量子点敏化的ZnO纳米棒薄膜的光学带隙从3.22 eV减小为2.98 eV。CuInS₂量子点敏化ZnO∶Y太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率比未掺杂的ZnO纳米棒组装的太阳能电池分别提高了6.5%和50.4%。     

洋葱皮敏化ZnO太阳能电池的光电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,通过Bruker D8 ADVANCE扫描电子显微镜和D/max-ⅢB型X-射线衍射仪对产物的微观形貌和晶相构成进行了分析,确定了适宜的凝胶温度为50℃,适宜的退火温度为500℃,在该制备条件下,纳米ZnO的颗粒直径和分散性适于制作太阳能电池.利用洋葱皮色素对ZnO纳米膜进行了染色敏化,通过对太阳能电池的光电性能分析,确定了适宜的洋葱皮和无水乙醇的用量为m洋葱皮∶V无水乙醇=1∶4,在此条件下,ZnO太阳能电池的的开路电压为623 mV,短路电流密度为4.15 mA/cm2,最大输出功率Pmax为1.855 mW,光电转化效率为2.06;,填充因子为0.72.对此光电池的稳定性进行了研究,结果表明在一个月的周期内,最大输出功率Pmax从1.855 mW下降到1.3 mW,即使在一个月后,其光电转化效率也达到了1.44;.     

绒面ZnO/Si异质结太阳能电池的初步研究

以p型单晶硅<100>作为衬底材料,通过化学腐蚀法得到硅绒面表面结构,采用喷雾热解法沉积掺Al的ZnO薄膜于绒面硅上,结合微电子光刻、磁控溅射和真空蒸镀等工艺制作上、下表面电极,于400 ℃氮气氛围下快速退火合金,得到Ag/Ti/n-ZnO/p-Si/Al异质结太阳能电池.对电池样品进行了原子力显微镜、霍尔效应测试、X射线衍射谱、电流电压特性等分析.得到电池最佳性能为:开路电压V_(oc)=355 mV,短路电流I_(sc)=36 mA,填充因子FF=0.41,电池效率达到5.2;.绒面异质结构有效降低了电池表面的光反射,相对增加了p-n结的有效面积,电池效率得到一定程度的提高.ZnO与Si界面之间SiO_2层的存在是目前影响电池效率的主要因素.     

柔性有序ZnO纳米棒/TiO2纳米粒子复合薄膜的制备及其光电转换性能研究

采用电沉积法,在柔性不锈钢网基底上制备了ZnO纳米棒阵列,随后旋涂P25浆料,最终经退火后得到了ZnO纳米棒阵列/TiO2纳米粒子的复合结构薄膜,详细探讨了TiO2纳米粒子的填充,初级ZnO纳米棒阵列的形貌,P25浆料的旋涂次数以及表面活性剂PEG添加量等制备条件对复合结构光阳极形貌及光电性能的影响.研究表明:TiO2纳米粒子的引入能有效提高光阳极的比表面积,增强半导体与染料的耦合能力,ZnO纳米棒阵列能够为电子提供快速传输的通道.最佳制备条件为:初级ZnO纳米棒沉积次数为两次,浆料浓度为1 g/50 mL,旋涂浆料次数为三次,PEG添加量为4g/100 mL,制备的复合结构DSSC的光电转换效率较单一纳米棒阵列有一定的提高.     

Photocatalytic properties of TiO2/ZnO thin film

ABSTRACT

TiO₂, ZnO and ZnO/TiO₂ thin films have been prepared by radio frequency magnetron sputtering method under different temperatures. Their photo catalytic activities have been investigated. The structural of the thin films were characterized by X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The photo catalytic activities of TiO₂ and ZnO/TiO₂ samples were evaluated by the photo decomposition of methylene blue. We note that the structural proprieties of the thin films showed a perfect crystallization along the (002) for ZnO, Rutile (110) for TiO₂ and Anatase (101) for TiO₂. The experimental results show that the bilayer ZnO/TiO₂ were the most efficient photo catalysts compared to the layer of TiO₂. This increased catalytic effect can attributed to the interface between the ZnO layer and the TiO₂ one, which modify significantly the chemical potential of the bilayer.     

天然染料敏化太阳能电池的性能研究

用水溶液榨取和无水乙醇萃取的方法分别从火龙果皮、心里美、紫甘蓝、冬青叶、麦冬果实、山竹皮、樟树叶和樟树果实8种天然植物中提取染料,测试了它们的紫外-可见光(UV-vis)吸收光谱.采用水热法制备了TiO2薄膜电极,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其物相和表面形貌进行了表征.制备了8种天然染料敏化的太阳能电池(DSSCs),测试了电池的光电性能和电化学阻抗谱(EIS).