ZnO/TiO2复合光阳极染料敏化太阳能电池的研究

采用醇热法制备ZnO纳米粉体,采用水热法制备TiO2纳米粉体,将不同质量分数的ZnO与TiO2混合制备浆料,采用刮涂法在掺氟的SnO2透明导电玻璃(FTO)上制备ZnO/TiO2纳米复合薄膜光阳极,与Pt对电极和电解质组装成染料敏化太阳能电池.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电镜(SEM)对所制备的样品进行表征,通过光电性能测试和电化学阻抗谱测试,研究了添加不同质量分数的ZnO对电池性能的影响.结果表明:不添加ZnO纳米粉时,纯TiO2光阳极的电池光电转换效率为7.95;,而添加了2wt; ZnO的ZnO/TiO2复合光阳极电池的效率达到9.54;,比纯TiO2电池的效率提高了20;.     

二次阳极氧化对TiO2纳米管阵列形貌及光电催化性能的影响

在含水量为2wt;的0.3wt; NH4F和乙二醇电解液中,通过二次阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列(TNT).利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征方法对TiO2纳米管阵列的形貌、晶型进行表征.结果表明,二次阳极氧化法形成的TNT更加规整,纳米管孔径大小一致.XRD分析显示二次阳极氧化法形成的TNT锐钛矿相衍射峰更强.光催化降解实验表明,二次阳极氧化制备的TNT对X-3B的降解效率是一次阳极氧化TNT的1.45倍.     

阳极氧化工艺制备TiO2纳米管阵列及其碳包覆改性

首先采用阳极氧化工艺制备了TiO2纳米管阵列,然后利用水热工艺对其进行C包覆改性,探讨了热处理温度、F-浓度、阳极氧化电压、阳极氧化时间等参数对TiO2纳米管阵列形貌及性能的影响,并初步研究了其生长机理.通过实验得到TiO2纳米管阵列的最佳制备条件:F-浓度0.5wt;;阳极氧化电压30 V;阳极氧化时间1h;热处理温度450℃.C包覆改性后的TiO2纳米管阵列对可见光的吸收明显增强,尿素浓度为20wt;时制得的TiO2纳米管阵列对亚甲基蓝的光降解率高达92.7;,相较于未进行C包覆改性的TiO2纳米管阵列提高了7.9;,说明C包覆改性可以显著提高TiO2纳米管阵列的光催化性能.     

染料敏化太阳能电池的电子传输和复合特性研究

采用丝网印刷方法在透明导电玻璃上制备了不同厚度的TiO2纳米颗粒多孔薄膜光阳极,并与Pt对电极和I-/I3-电解液组装成染料敏化太阳能电池.通过电池的I-V特性、强度调制光电流谱、强度调制光电压谱和电化学阻抗谱分析,获得了电池的光伏性能和反映电子传输、复合和收集的动力学参数.结果表明:随着TiO2光阳极厚度从5μm逐渐增加到14 μm,电池的光电转换效率从4.67;逐渐增加到8.21;,光生电子在光阳极中的传输时间从2.74 ms逐渐增加到7.84 ms,电子扩散系数从3.88×10-5 cm2·s-1增加到1.10×10-4cm2 ·s-1,电荷收集效率逐渐减小,结合这些参数,分析了染料敏化电池中电子传输、复合和收集的动力学过程.     

溶液燃烧合成ZnO粉体及其太阳能电池性能研究

以六水合硝酸锌作为锌源,蔗糖作为燃料,采用溶液燃烧法合成ZnO超细粉体,并利用合成ZnO超细粉体制备染料敏化太阳能电池光阳极.利用X射线衍射(XRD)、比表面分析仪(BET)和扫描电子显微镜(SEM)分别对合成粉体的物相组成、比表面积、微观形貌,以及ZnO光阳极断面形貌进行表征,采用IPCE光电测试系统研究了不同温度处理ZnO光阳极所组装染料敏化太阳能电池的光电性能.实验表明:合成的ZnO 粉体径向平均粒径为50 nm,比表面积为24.83 g/cm2.采用合成的ZnO粉体所制备电池光阳极,当热处理温度为450 ℃时,所组装成染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电转化性能较佳,开路电压为0.63 V,短路电流12.73 mA/cm2,填充因子为64.70;,电池效率达5.20;.     

阳极氧化法在钛网上制备TiO2纳米管阵列的研究

以NH4F的乙二醇溶液为电解液,采用阳极氧化法在钛网表面制备了有序TiO2纳米管阵列.通过XRD、SEM等对TiO2纳米管阵列的结构、形貌进行表征,利用紫外-可见分光光度计对所制备样品的紫外可见吸收特性进行了表征.结果表明:在一定时间范围内,随着氧化时间的增加,纳米管管长和管径都会增大,但超过一定时间后,纳米管破损明显加剧且有脱落现象.另外,所制备样品的光学禁带(Eopt)比块状样品的大,但随着氧化时间的延长,纳米管的光学禁带并没有发生显著变化.不同时间下制备的纳米管对可见光的吸收率不一样.     

Yb3+-Ho3+-F-共掺杂TiO2纳米晶的上转换发光性能及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用溶胶-水热法制备了Yb3-Ho3+-F-共掺杂的TiO2(简写为UC-F-TiO2)纳米粉末.通过XRD,TEM,拉曼光谱,XPS和发光光谱,研究了yb3掺杂浓度对UC-F-TiO2纳米粉末的结构、形貌和上转换发光性能的影响规律.结果表明:UC-F-TiO2纳米粉末颗粒的大小约20 nm,由金红石和锐钛矿两种结构混合组成,且随着yb3+掺杂浓度的增加,金红石结构的TiO2所占比例增加;在980 nm激光激发下,UC-F-TiO2发射出中心在543 nm、647 nm和751 nm处的三个发光带.研究了基于UC-F-TiO2和纯TiO2纳米多孔薄膜光阳极的染料敏化电池的光伏性能.结果表明:与纯TiO2制备的电池相比,将UC-F-TiO2应用于染料敏化电池,电池的光电转换效率提高了29.7;.     

阳极氧化法制备TiO2有序多孔薄膜

采用二次阳极氧化工艺,以含有氟化铵和水的乙二醇体系作为电解液,在纯钛表面制备有序的TiO2多孔薄膜.通过改变预处理方式、电压、氧化时间和搅拌速度等实验参数来探究其对TiO2多孔薄膜形貌的影响.结果表明,抛光后Ti基片制得的TiO2多孔薄膜表面更加平整;TiO2纳米孔的孔径和孔间距随着阳极氧化电压升高在一定范围内线性增大;TiO2纳米孔的孔径随着阳极氧化时间延长增大,孔壁随时间延长减薄,通过控制氧化时间可以实现纳米孔薄膜向纳米管阵列的转变;搅拌速度在400 r/min时,能够获得有序的自组织TiO2多孔薄膜.     

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.     

氨气浓度对碳纳米管生长影响的研究

利用等离子体增强化学气相沉积系统,用CH4、NH3和H2为反应气体,在沉积有100nm厚Ta过渡层和60nm厚NiFe催化剂层的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构.结果表明当氨气浓度为20;、40;和60;时,碳纳米管的平均长度分别为3.88μm、4.52μm和6.79μm,而其平均直径变化不大,均在240nm左右.最后,分析讨论了氨气浓度对碳纳米管生长和结构的影响.