染料敏化太阳能电池中TiO_2和ZnO薄膜光阳极制备方法述评

对染料敏化太阳能电池光阳极TiO2和ZnO薄膜制备的常用方法溶胶凝胶法、水热合成法、磁控溅射法、电化学沉积法以及脉冲激光沉积法、金属有机物化学气相沉积法、化学气相沉积法、喷雾热解法和化学沉淀法进行了述评,指出:半导体薄膜的制备和优化,减少电子在其传输过程中的损失,探索多种半导体材料的复合薄膜,优化半导体薄膜的能级结构和与光敏染料能级的匹配性,以及制备更为紧凑有序的纳米阵列光阳极材料和适合规模化生产的工艺是今后应强化的主要研究内容.

染料敏化太阳能电池光阳极TiO_2薄膜的研究进展

在概述染料敏化太阳能电池工作原理基础上,着重分析电池光阳极TiO2薄膜的特性,并指出该薄膜在电池中所起的作用:负载染料、收集光生电子、分离电荷和传输光生电子;继而从表面修饰、离子掺杂、量子点敏化、制备复合薄膜、设计微观有序空间结构、设计核壳结构以及多手段共改性等方面对TiO2薄膜改性手段进行综述,并详细分析改性手段优化染料敏化太阳能电池性能的原因;最后,提出应把优化光阳极TiO2薄膜制备工艺及探讨薄膜接触面工作机理等作为今后的研究重点。

阳极氧化TiO_2膜对甲基橙溶液的光催化性能研究

本试验利用阳极氧化的方法在纯钛基体上直接获得锐钛相T iO2多孔膜,解决T iO2光催化剂的涂敷固定问题。用场发射扫描电镜(F ie ld em iss ion scann ing e lectron m icroscope,FESEM)和X射线衍射仪(X-ray d iffractionm eter,XRD)对纯钛表面生成的T iO2多孔膜的形貌和晶体结构进行分析。以10m g/L甲基橙溶液为降解物进行光催化试验,分别研究了阳极氧化电压、溶液的初始pH值、T iO2膜的面积、T iO2膜的使用次数对降解率的影响。试验结果表明,当溶液初始pH值为1时,140V阳极氧化所得T iO2膜的光催化性能最好,同时随着T iO2膜使用次数的增加,但其光催化效果有所下降。

ZnO调制改性染料敏化太阳能电池TiO_2光阳极研究

采用丝网印刷的方式制备了染料敏化太阳能电池的TiO2薄膜光阳极、TiO2-ZnO复合薄膜光阳极以及TiO2/ZnO双层薄膜光阳极,研究了ZnO对TiO2薄膜光阳极的调制改性作用。研究结果表明分别以醋酸锌和ZnO直接掺杂制备的TiO2-ZnO复合薄膜光阳极同未掺杂的TiO2薄膜光阳极相比,以醋酸锌为原料制备的复合薄膜光阳极使电池转换效率提高了1倍,而由于微米量级的ZnO的粒径大,用其作原料制得的复合薄膜光阳极反而使电池的转换效率有所降低。以醋酸锌为原料制备的TiO2/ZnO双层薄膜光阳极同TiO2薄膜光阳极相比,电池转换效率提高了13倍,通过性能优化后电池的转换效率达到4.7%。

TiO_2/ZnO薄膜紫外探测器的光电特性

采用射频磁控溅射的方法制备了TiO2/ZnO复合薄膜,用XRD、SEM和UV-Vis分别表征TiO2/ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌及其紫外-可见光吸收谱。并用此材料制备了Au/TiO2/ZnO/Au结构MSM光电导型薄膜紫外光探测器,研究其光电特性。实验结果表明,TiO2/ZnO紫外探测器在5 V偏压360 nm紫外光照下光电流约为500μA,其响应度为100 A/W,平均暗电流约为0.5μA;由于TiO2/ZnO复合薄膜之间的费米能级不同而形成的内建电场作用,减少了产生的光生电子与空穴的复合,得到较强的光电流,且其光响应的上升弛豫时间约为22 s,下降响应时间约为80 s;响应时间较长是由于广泛分布于薄膜中的缺陷而造成的。结果表明TiO2/ZnO可作为一种良好的紫外探测材料。

ZnO/TiO_2复合光阳极染料敏化太阳能电池的研究

采用醇热法制备Zn O纳米粉体,采用水热法制备Ti O2纳米粉体,将不同质量分数的Zn O与Ti O2混合制备浆料,采用刮涂法在掺氟的Sn O2透明导电玻璃(FTO)上制备Zn O/Ti O2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Zn O对电池性能的影响。结果表明:不添加Zn O纳米粉时,纯Ti O2光阳极的电池光电转换效率为7.95%,而添加了2wt%Zn O的Zn O/Ti O2复合光阳极电池的效率达到9.54%,比纯Ti O2电池的效率提高了20%。

纳米TiO_2薄膜光阳极的制备及性能

本文以钛酸正丁酯为前驱物、乙醇作为分散剂、二乙醇胺作为螯合剂、聚乙二醇作为表面活性剂,采用溶胶-凝胶法制备得到一种TiO2溶胶,并通过乙酸或氨水作用后制得另外两种溶胶,分别在室温于ITO导电玻璃上涂制,得到5种单一粒径范围纳米TiO2薄膜和具有两种粒径范围膜层的6种纳米TiO2薄膜;XRD和SEM等测试结果表明,纳米TiO2薄膜为锐钛矿相或锐钛矿与金红石相的混合相,其粒径分布范围在15～30nm,30～50 nm,40～80 nm区间。采用浸渍法将所制备的膜进行染料的敏化,得到染料敏化纳米TiO2薄膜半导体光阳极,测试结果表明,在所制备的纳米TiO2薄膜中,具有两种粒径范围膜层的纳米TiO2薄膜的光电性能相对较好。

阳极氧化TiO_2纳米孔薄膜光电化学性能研究

采用二步电压施加方法在不同电压下制备了一系列的二氧化钛纳米孔薄膜,并用电化学表征手段,通过测试不同电压下制备的二氧化钛纳米孔薄膜的开路电位-时间曲线来研究其光电化学特性。结果表明,采用二步电压施加法在80～140V电压条件下制备的二氧化钛纳米孔薄膜的开路电压在光照前后的变化最大,说明其对光的感应最好,光电性能最好,附载光敏剂改善了二氧化钛纳米孔薄膜的光电化学性能,且随着附载时间的增加,光电性能逐渐提高,附载60min达到饱和,继续增加附载时间光电化学特性不再发生变化。

溶胶-水热法制备MxOy-TiO2（M=In，Al，Zn）复合纳米膜光阳极材料及其表征

采用溶胶-水热相结合的方法制备了不同粒径大小的TiO2纳米粒子以及MxOy—TiO2复合纳米粒子。利用XRD和TEM对纳米粒子的晶相组成，颗粒大小以及形貌进行了表征。利用“doctor blade”法制备了大约15μm厚度的膜电极，组装成电池对其短路电流密度Jsc和开路电压Voc进行了测试，与电极材料组成相结合分析了电池性能的变化。

TiO_2缓冲层的退火气氛对ZnO薄膜微结构和光学性能的影响

采用射频磁控溅射法制备了ZnO/TiO2/Si薄膜,研究了TiO2缓冲层的不同退火气氛对ZnO薄膜的影响.利用X射线衍射分析(XRD)、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计等技术表征了ZnO/TiO2/Si薄膜的微结构和光学特性.XRD结果表明:沉积在经过O2退火缓冲层上的ZnO薄膜具有最好的c轴择优取向;透射吸收谱显示所有ZnO薄膜在可见光区域的平均透过率超过90%;引入未退火缓冲层后薄膜的光学带隙值增大,而缓冲层在真空、氧气进行退火后薄膜的光学带隙值均减小.薄膜的光致发光谱显示:所有样品出现了位于400nm,450nm和530nm的紫光峰、蓝光峰和绿光峰,并对各发光峰的来源进行了探讨.

P25-TiO_2中空球双层光阳极膜的制备及光电性能研究

采用水热法制备出了TiO_2中空球,应用FESEM、TEM、XRD和漫反射光谱等对所得材料的形貌、结构和漫反射性能进行了表征,结果显示该中空球是由锐钛矿TiO_2多面体组成,并且呈现出较好的光散射性能。采用静电喷的方法制备出了由中空球组成的单层和有P25-中空球组成的双层光阳极膜,结果显示,单层结构对应的光电转换效率为2.13%,而双层结构的光电转换效率达到了2.96%提高了约28.0%。

TiO_2/ZnO纳米多孔复合膜制备及光催化性能研究

分别采用水热处理和添加有机物的方法制备了TiO2/ZnO纳米多孔复合膜,利用XRD、SEM、TEM和EDS对薄膜进行了分析表征,通过甲基橙降解研究了多孔膜的光催化性能。结果表明:采用这两种方法都可获得具有孔洞特征的多孔复合膜,对添加有机物法制备的多孔膜进行的光催化降解实验表明该多孔膜光催化性能明显优于致密复合膜。

阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列及其光电性能研究

采用阳极氧化法在钛片上制备了TiO2纳米管阵列光电极,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对TiO2纳米管的形貌和结构进行了表征,详细考察了氧化工艺参数对纳米管阵列形貌的影响,并通过稳态光电响应技术对TiO2纳米管电极的光电化学性能进行了研究．结果表明,在1wt％HF电解液中,控制氧化电压为20V,反应30min后,在Ti表面获得了垂直导向的TiO2纳米管阵列,孔径约为90nm,管壁厚度约为10nm．经600℃退火处理后,TiO2纳米管阵列为锐钛矿型与金红石型的混晶结构,此时电极的光电性能最佳,与TiO2纳米多孔膜电极相比,光电性能大幅提高．

3d过渡金属掺杂TiO_2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M3d TiO2 )作了表征 ,并用光电化学方法研究了M3d TiO2 纳米结构多孔膜电极 .实验结果表明 ,M3d TiO2 纳米粒子的颗粒较均匀 ,粒径约为 1 5nm ,其晶型为锐钛矿和板钛矿的混晶 .在所研究的M3d 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

TC4钛合金表面阳极氧化制备TiO_2多孔膜的实验研究

以硫酸为电解液,钛合金（TC4）为阳极,不锈钢片为阴极,采用恒压的氧化方式在钛合金表面获得TiO2多孔膜。通过扫描电镜（SEM）观察了多孔膜的微观形貌并用X射线衍射（XRD）对覆在钛合金基体上的氧化膜进行了物相分析,研究了氧化工艺参数电压、阳极氧化时间和硫酸浓度对TiO2多孔膜相组成的影响。结果表明：TC4钛合金阳极氧化获得的氧化膜为非均一平面的TiO2多孔膜,且膜的孔径分布在90-240nm,XRD分析表明在不同的氧化工艺参数下氧化膜均由锐钛相和金红石相双相晶型组成。在0.5mol/L硫酸溶液中,电压高于100V或氧化时间长于5min即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着电压的升高和时间的增长金红石相TiO2的含量逐渐增加;在恒压120V时,硫酸溶液浓度为0.3mol/L即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着硫酸浓度的提高金红石相TiO2的含量先增加后减少。

纳米TiO_2-SnO_2复合薄膜的光生阴极保护作用及机理研究

用溶胶-凝胶法和旋转涂膜技术在导电玻璃(ITO)表面构筑纳米TiO2膜和纳米TiO2-SnO2复合膜,应用AFM、XRD对膜的形貌及晶体结构进行表征.用光电化学和腐蚀电化学相结合技术,通过测试时间—电位曲线和交流阻抗谱研究光生阴极保护状态下316L不锈钢电极在0.5 mol/L NaCl溶液中的微观界面电荷分布及电子传递规律,探讨光生阴极保护的作用机理.结果表明以TiO2—SnO2复合膜作为光生阳极时,在紫外光照下,316L不锈钢电极可处在阴极保护状态,并且在切断光源后,光生电极电位仍可在较长的一段时间内维持在-0.2 V左右,仍具有一定的阴极保护作用.

TiO_2纳米管阵列膜的制备及对304不锈钢的光生阴极保护效应

应用电化学阳极氧化法在Ti表面构筑不同的TiO2纳米管阵列膜。采用XRD、SEM、XPS表征薄膜的结构、形貌和组成。通过电化学阻抗谱及电位随时间变化的测试,考察TiO2薄膜的光生阴极保护效应。结果表明薄膜主要由锐钛矿型的TiO2纳米管阵列组成,当304不锈钢耦连于紫外光照下的TiO2薄膜电极时,其界面反应电阻变小,电极电位显著降低,说明TiO2纳米管薄膜能够对不锈钢产生良好光生阴极保护效应,特别是掺Fe的TiO2薄膜在光照时可使不锈钢电位降低约450mV,而且在暗态时也能较长时间保持对不锈钢的阴极保护作用。

染料敏化太阳电池中TiO_2光阳极研究进展

本文介绍了染料敏化太阳电池中TiO2光阳极的研究与应用现状,对TiO2光阳极常用的制备方法进行了综述,详细地讨论了复合核壳结构、掺杂电极、优化材料以及多级结构等一系列新材料的引入和结构改进所引起的电池光电性能的提高。文章指出获得具有好的光收集效率、快速的电荷传输以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜将是未来TiO2光阳极研究的方向。

TiO_2光阳极染料敏化太阳能电池的研究进展

通过介绍染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,简称DSSC)的研究背景,指出了DSSC的研究意义。从光阳极、染料敏化剂、电解质和对电极等基本构成要素方面综述了DSSC的研究现状,并展望了其未来的发展方向。

热处理温度对TiO_2纳米管阵列薄膜光生阴极保护性能的影响

在0.5mol/L NH4HF2与1.0mol/L NH4H2PO4的混合溶液中,利用阳极氧化的方法在钛基体上原位合成自组装有序的TiO2纳米管阵列薄膜材料,研究不同热处理温度对薄膜晶型及光生阴极保护能力的影响。结果表明:在外加电压为20V时,对钛基体氧化8h可得到长度为2μm、内径为80nm、外径为100nm的TiO2纳米管阵列;经600℃热处理后,TiO2纳米管阵列具有稳定的管状结构,薄膜电极电位可负移至?0.389V(vsSCE),表现出较佳的光生阴极保护能力。