P3HT/CdS/TiO2/ZnO一维有序核壳式纳米棒阵列的构制及其在杂化太阳电池中的应用研究

采用恒电位法在铟锡氧化物导电玻璃(ITO)上制备了高度有序一维ZnO纳米棒阵列,将ZnO纳米棒阵列在TiO2溶胶中采用提拉法制备出了一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列.在一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积CdS纳米晶得到一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列,然后在一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT/CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米结构薄膜.以该纳米结构薄膜电极为光阳极制备出新型纳米结构杂化太阳电池,研究了该类电池的光电转换性能,初步探讨了该类电池的工作机理.     

不同受体结构染料共敏化对染料敏化太阳电池性能的影响

为了拓宽染料敏化太阳电池对太阳光谱的响应范围,提高电池的光电转换效率,将两种含有不同受体结构（绕丹宁-3-乙酸基（RA）和氰基丙烯酸基（CA））的三苯胺染料（TR1和TC1）进行共敏化。TR1染料平伏吸附在TiO₂表面,而TC1染料直立吸附在TiO₂表面。将两种染料按照不同摩尔比共敏化TiO₂后,TC1占据TR1的部分位置,拓展光谱的同时也抑制了电荷复合,电子寿命较TR1敏化的太阳电池长。在TR1与TC1摩尔比为5：5的共敏剂溶液敏化的共敏电池器件中,短路光电流密度（J_sc）为11.7 mA/cm²,开路电压（V_oc）为704 mV,填充因子（FF）为0.73,光电转换效率（η）为6.03%。该结果明显优于单一染料敏化的电池器件。     

异质结表/界面修饰对杂化太阳电池性能的优化

为了增进无机半导体和有机聚合物半导体之间的相容性,优化电池的光电性能,基于一维无机TiO2纳米棒有序阵列和有机聚合物PCPDTBT,构建了一种结构为TiO2/PCPDTBT的杂化太阳电池。用一种有机三苯胺类两亲分子来调控此无机、有机材料的两相表/界面性质。采用SEM,TEM,XRD,EDS,UV-vis,PL等方法对杂化膜电极进行表征。电池性能测试表明,表/界面修饰后太阳电池的性能得到提高,电池效率η为0.81%;开路电压衰减测试表明,异质结表/界面经修饰后,杂化太阳电池的电子寿命有所提高。因此,通过异质结表/界面修饰改善活性层的形貌结构对电池性能有重要影响。     

纳米结构MnO2的水热合成、晶型及形貌演化

以水热合成方法制备了具有不同微观形貌的纳米结构MnO2, 并以X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对其进行了表征. 跟踪考察了二氧化锰的晶型及微观形貌随水热反应时间的演变过程, 在Ostwald ripening机理作用下, MnO2晶型转化过程为γ-MnO2, α-MnO2和β-MnO2, 同时形貌由微米球转变为海胆结构、空心海胆结构和纳米线.     

TiO_2纳米棒和CdSe纳米棒复合膜与聚3-甲基噻吩杂化太阳能电池研究

采用水热法制备了TiO2和CdSe两种纳米棒材料,将两种纳米材料制备成TiO2/CdSe复合纳米棒膜电极,并在复合膜上电化学聚合生成聚3-甲基噻吩poly(3-methylthiophene)(PMeT),研究了其光电化学性能.实验表明,当TiO2与CdSe的物质的量复合比为2:1,PMeT的聚合时间为40s,在电极电势为-0.2V下ITO/TiO2/CdSe/PMeT电极光电转换效率(IPCE)达到56%,对比ITO/TiO2/CdSe复合膜电极在长波方向的光电转换效率明显提高,光吸收截止波长发生了明显的红移.同时以ITO/TiO2/CdSe/PMeT组装了简易的杂化太阳电池,初步研究了光电池性能,光电池总效率为0.08%,Voc=0.4V,jsc=0.61mA/cm2,ff=0.33.     

Sb2S3对枝状TiO2阵列的修饰及其在杂化太阳电池中的应用

为了提供多条电子传输通道,增加窄禁带半导体和有机半导体的负载量,采用一步水热法,在FTO基底上制备了由纳米管和纳米线组装而成的枝状TiO₂;通过化学浴沉积法,在枝状TiO₂上成功地制备了窄禁带半导体Sb₂S₃;利用SEM,XRD,紫外-可见吸收光谱,瞬态光电流,稳态荧光光谱及J-V曲线等手段,对样品形貌、晶型、吸光性能和光电性能进行了表征和测试,探究Sb₂S₃沉积时间对电池效率的影响。结果表明：稀疏的枝状TiO₂阵列垂直于FTO导电玻璃生长,为电荷传输提供了有利条件;Sb₂S₃的加入,加强了电极材料对可见光的吸收,提高了光电流强度及荧光猝灭强度,有利于光生载流子的产生和转移;由枝状TiO₂/Sb₂S₃(3 h)/P3HT/PEDOT∶PSS/Au构成的杂化太阳电池的能量转换效率达到了1.10%,是未沉积Sb₂S₃的杂化太阳电池能量转换效率的10倍。在多级结构TiO₂上沉积Sb₂S₃,有利于提高电极材料对可见光的吸收,加强光生载流子的传输能力,拓宽光谱响应范围,提高光电性能,对于解决单纯TiO₂电极吸收强度较弱和光谱响应范围较窄等问题具有重要意义。     

CdTe包覆TiO2纳米棒壳核结构有序阵列与P3HT杂化太阳电池研究

采用水热法在含氟二氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了有序的金红石型TiO2纳米棒阵列,在TiO2纳米棒阵列上电沉积CdTe纳米晶构成了CdTe包覆TiO2壳核式纳米棒阵列(CdTe/TiO2),然后将聚3-己基噻吩(P3HT)的氯苯溶液旋涂到CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列上构成P3HT包覆CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列的复合结构(P3HT/CdTe/TiO2),在P3HT/CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列复合结构上使用离子溅射法喷镀Au膜构制Au-P3HT/CdTe/TiO2结构的杂化太阳电池,实验测得以Au-P3HT/CdTe/TiO2结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率为0.91%。     

前驱体法制备Mn_2O_3空心橄榄形结构及形貌演化

利用苹果酸还原高锰酸钾以水热合成方法制备了具有橄榄形貌的纳米结构MnCO3前驱体,通过600℃焙烧MnCO3前驱体得到橄榄形Mn2O3.以扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTA)等方法对产物的形貌和结构进行了表征.考察了MnCO3前驱体微观形貌随水热反应时间的演变:当水热反应时间为2h时得到具有橄榄形形貌的MnCO3前驱体,空心结构的壁比较厚;当水热反应时间延长到6h时得到的MnCO3前驱体仍然具有橄榄形形貌,壁变薄;当反应时间延长到24h时得到的MnCO3前驱体仍然具有橄榄形形貌,并且壁非常薄.我们推测在Ostwald熟化机理作用下,空心橄榄形MnCO3前驱体随着反应时间的延长其壁逐渐由160nm演化为30nm.     

杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响

有机-无机杂化太阳电池综合了有机、无机材料的优点,成本低、理论效率高,受到人们的广泛关注.杂化太阳电池的光活性层由无机半导体和有机共轭聚合物复合而成.当光照射到活性层上时,共轭聚合物吸收光子产生激子(电子-空穴对);激子迁移到有机给体-无机受体的异质结界面处发生解离而产生自由电子和空穴;自由电子和空穴分别向无机半导体和有机聚合物传输,从而实现电荷的分离和传导.激子在有机-无机异质结界面处的分离效率是影响电池性能的一个重要因素.有机、无机两相材料往往因为接触面积小以及相容性差使此两相材料接触不佳,激子迁移到此界面不能有效分离,从而严重影响了杂化太阳电池的效率.这个问题可以通过此界面的修饰加以改善.本文即综述了有机-无机异质结界面修饰的方法、作用和意义,并展望了杂化太阳电池未来的发展趋势和应用前景.     

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.