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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 一步法制备具有增强光催化活性和光伏性能的TiO2/石墨烯杂化介孔薄膜

    摘要： 我们采用一步气热法合成了基于二氧化钛-还原氧化石墨烯（RGO）杂化材料的中孔薄膜，无需额外退火工艺。气热制备的TiO2-石墨烯杂化材料（VTH）具有超大比表面积（约260 m2/g）和低团聚度的独特结构，从而增强了光捕获能力并提高了电荷产生与分离效率。研究发现，在VTH生长过程中同步获得了孔隙分布均匀的中孔薄膜。当使用5.0 wt% RGO含量的VTH薄膜作为光催化活性层时，实现了甲基橙降解的最高光催化活性。此外，当采用0.75 wt% RGO含量的VTH薄膜作为染料敏化太阳能电池的光阳极时，其功率转换效率达到7.58%，较传统溶剂热法制备的纯TiO2光阳极电池提升了73.1%。这种简便的TiO2/石墨烯杂化中孔薄膜合成方法，有望为制备其他具有超高光催化活性和光伏性能的金属氧化物/石墨烯杂化材料提供实用解决方案。

    关键词： 二氧化钛-石墨烯杂化材料、介孔薄膜、光阳极、催化活性、气相热法

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 退火多晶TiO?作为n-Si/TiO?/Ni光阳极的中间层用于高效光电化学水分解

    摘要： 高光电压的产生对于高效太阳能驱动水分解至关重要。本研究报道了一种能显著提升n-Si/TiO2/Ni光阳极光电压的热处理工艺。通过选择性退火TiO2中间层，该光阳极产生了高达570 mV的光电压——与采用其他类似金属-绝缘体-半导体结构及丰产金属催化剂的体系相比具有很强竞争力。我们系统研究了不同退火条件和结层厚度的影响，发现最佳退火温度介于500至600°C之间。在此温区内，沉积的非晶态Ti会转变为多晶锐钛矿相TiO2。最优退火时间与TiO2厚度呈线性正相关，与退火温度呈反比关系。这种显著的光电压提升归因于退火处理的TiO2中间层减少了缺陷态并提高了结区势垒高度。本研究表明热退火为调控TiO2中间层材料特性以实现光电压优化提供了有效途径。

    关键词： 光电压、光阳极、水分解、热退火、光电化学、结间层

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 有机钛修饰光阳极对染料敏化太阳能电池电荷收集效率提升的作用

    摘要： 通过电泳沉积(EPD)法制备介孔TiO2光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)。对氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃基底进行预处理、对TiO2薄膜进行后处理，分别在FTO和TiO2薄膜上引入锐钛矿相TiO2层，可使DSSC的功率转换效率(PCE)显著提升，较未处理器件提高达31%。为阐明提升机理，研究了扫描电子显微镜、电化学阻抗谱、开路电压衰减和光致发光光谱等表征手段。研究表明预形成的致密TiO2层能通过阻隔电解质与FTO基底的直接接触来抑制反向复合，同时该致密层还可降低FTO与TiO2颗粒间的接触电阻。后处理带来的PCE进一步提升归因于电荷转移效率的提高。这种预处理和后处理策略可为其他多孔薄膜基DSSC的PCE提升提供参考，并推动EPD技术在DSSCs中的应用。

    关键词： 光阳极、锐钛矿型TiO2层、染料敏化太阳能电池、改性

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 利用红木籽提取物绿色合成TiO2纳米粒子及其在太阳能电池中的应用

    摘要： 介孔锐钛矿型TiO?纳米颗粒是高性能染料敏化太阳能电池（DSSC）的最佳光阳极材料。传统化学与物理法制备TiO?纳米颗粒存在环境问题，如使用有毒溶剂、产生危险副产物及高能耗。本研究采用胭脂树籽提取物从钛酸四丁酯溶液中合成了介孔锐钛矿型TiO?纳米颗粒，并用于制备DSSC光阳极。该方法环保、经济且高效。通过XRD、SEM、TEM和N?吸附测量表征了TiO?纳米颗粒的结构、形貌、粒径及孔隙率。采用解吸技术测定TiO?的染料负载量，结果显示植物籽源纳米颗粒（G-TNP）具有更高染料负载量。普通纳米颗粒（TNP）与G-TNP的光电转换效率分别为1.03%和2.97%。本研究表明，合成的介孔锐钛矿型TiO?纳米颗粒可作为DSSC应用中极具前景的光阳极材料。

    关键词： 天然染料、薄膜、光阳极、二氧化钛纳米颗粒、染料敏化太阳能电池、胭脂树橙

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 二氧化钛-还原氧化石墨烯（TiO?/rGO）纳米复合材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中作为光阳极的应用

    摘要： 在有望实现低成本制备的光伏电池中，染料敏化太阳能电池（DSSC）是其中之一。然而，该技术存在因电子复合现象和光阳极透明度较低导致的效率低下缺陷?；谑┑牟牧险瓜殖鼋饩稣庖晃侍獾那绷?。本研究探究了还原氧化石墨烯（rGO）在DSSC二氧化钛（TiO2）光阳极中的集成应用。采用简易Hummer法合成氧化石墨烯薄片，通过调节rGO比例（1%-5%）制备rGO/TiO2纳米复合材料。结果表明纳米复合材料中rGO比例影响器件性能——随着rGO含量增加，电池效率递减。当TiO2光阳极中添加2 wt% rGO时获得最佳效果，此时效率达到0.9%。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、二氧化钛、纳米复合材料、还原氧化石墨烯、光阳极

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 钴配合物染料作为染料敏化太阳能电池中的新型敏化剂

    摘要： 本研究引入钴金属配合物作为一类新型敏化剂，以更深入地探究染料敏化太阳能电池光电转换效率(PCE)的作用机制。紫外-可见光谱显示该染料在498和650纳米波长处呈现最大吸收峰。以二氧化钛作为电池光阳极，其X射线衍射谱表明晶相为锐钛矿型(101)。扫描电子显微镜(SEM)观测显示光阳极表面形貌由约25纳米的二氧化钛纳米颗粒构成。循环伏安法(CV)研究表明，作为电池对电极的铂包覆氟掺杂氧化锡(FTO)存在氧化还原过程。光电测试显示，在AM1.5(100毫瓦/平方厘米)光照条件下，该钴配合物敏化太阳能电池的短路电流密度(JSC)、开路电压(VOC)、填充因子(FF%)和光电转换效率(PCE%)分别为48.80微安/平方厘米、0.7伏、44%和0.09%。该电池还具有高光捕获效率(LHE)(约61%)和钴配合物染料的高摩尔吸光系数(12,500 M-1·厘米-1)等光学优势。结果表明：取决于染料结构的电子注入量子产率(φing)作为关键参数影响着JSC值，而钴配合物染料给体部分吡啶环的构象对φing及后续PCE具有显著影响。这些发现为理解染料敏化太阳能电池效率的作用机制提供了新视角。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、光阳极、染料、对电极、光伏测量、钴配合物

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 功能材料界面工程在染料敏化太阳能电池中的应用 || 染料敏化太阳能电池：历史、组件、结构及工作原理

    摘要： 不断增长的人口需要消耗各种形式的能源，因此能源领域的研究者们专注于从多种来源获取能源。煤炭、石油和天然气等不可再生的化石燃料正在枯竭，这些碳基燃料在我们有生之年无法再生。它们排放的温室气体（如二氧化碳）会导致全球变暖，对世界和人类构成严重威胁。目前全球约四分之三的电力来自不可再利用的不可再生能源[1]。日本、中国、法国、乌克兰和印度等诸多国家依赖核电站发电，但这些电厂也带来了导致环境污染的诸多危害问题[2]。因此科学家们主要聚焦于基于可再生能源的能量转换装置。太阳能、风能、水力发电、生物质能和地热能都是地球上可用的可再生能源。其中太阳能是重要的可再生能源，它全年全天候存在，本质上是取之不尽的。太阳能通过阳光辐射产生热能和光能，引发光化学反应并生成电能。作为人类最基本的需求之一，这种卓越的能源可通过太阳能电池技术转化为电能。太阳能的能量极其巨大，其提供的能量约为全球每日能源需求量的1万倍[1]。地球每天接收如此庞大的能量，我们有幸能通过合适的太阳能电池技术加以利用。遗憾的是，尽管太阳能本身免费，但其转换和储存所需的高昂技术限制了该技术的普及应用。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、光阳极、二氧化钛、太阳能、染料、光伏效应、DSSCs、对电极、可再生能源、电解质

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 染料敏化太阳能电池功能材料中的界面工程 || 基于碳纳米管的纳米复合材料作为光阳极

    摘要： 过去几十年里，能源是技术和经济发展的支柱。除人力、机器和资金外，能源如今已成为第四大生产要素。没有能源，机器就无法运转，万事万物都离不开电力。因此，工业革命后的这些年里，我们的能源需求急剧增长。煤炭、天然气和石油等易获取的化石燃料是目前满足我们需求的主要能源来源。然而，这些能源不可再生，已导致严重的环境问题、全球变暖和空气污染，其消耗速度的加快也加速了化石燃料的枯竭；寻找替代能源变得至关重要。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、光阳极、可再生能源、纳米复合材料、碳纳米管

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 染料敏化太阳能电池功能材料中的界面工程 || 基于石墨烯的纳米复合材料作为光阳极

    摘要： 本章重点介绍了石墨烯及石墨烯基纳米复合材料在染料敏化太阳能电池（DSSC）光阳极中的应用研究。原始石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和石墨烯量子点等石墨烯基材料具有适用于DSSC光阳极各组件的优异特性。这些石墨烯基纳米复合材料在光阳极中展现出电子传导层、透明导电电极和敏化剂等多重功能。当与金属、金属氧化物、金属硫化物等其他纳米材料复合形成协同效应的纳米复合物时，还能产生提升DSSC光伏性能的特殊性质。显然，石墨烯及其纳米复合材料具备制备高性能DSSC光阳极的理想特性。但相较于对电极应用，目前针对光阳极中石墨烯基纳米复合材料的研究仍显不足，因此需要深入探究基于石墨烯材料的光阳极改性技术，特别是开发具有可控形貌和可调性能的石墨烯基材料合成方法，以及优化其与其他组件的复合方式以提升光阳极性能。此外，石墨烯基材料在载体上的负载量也显著影响电池性能，通过精确计算材料用量并表征其理化性质，有助于解决制约光阳极性能的关键问题。当石墨烯用作透明导电电极时，维持透明度是主要挑战——多层石墨烯堆叠效应及表面缺陷/氧化导致的高面电阻会降低透光率。需要改进制备工艺以克服这些问题，增加石墨烯作为TCO替代材料在光阳极中的实际应用可能性。石墨烯在强度和柔韧性方面优于其他柔性候选材料，进一步改性石墨烯纳米片可能催生新一代柔性电极。虽然实验室已取得石墨烯透明导电电极制备的重要进展，但要实现工业规模低成本生产高质量石墨烯以满足实际应用需求，仍是当前面临的主要挑战。

    关键词： 光阳极、光伏、纳米复合材料、石墨烯、染料敏化太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 染料敏化太阳能电池功能材料中的界面工程 || 基于石墨相氮化碳的纳米复合材料作为光阳极

    摘要： 由于其独特的性能，纳米复合材料、纳米结构和纳米材料在能量转换和储能应用中发挥着关键作用。近年来，碳基纳米结构被用于满足未来能源需求。氮化碳（C3N4）纳米结构因其高硬度、低摩擦系数和稳定的化学惰性，成为能源器件极具吸引力的候选材料，在解决能源与环境相关问题方面具有巨大潜力。石墨相氮化碳（g-C3N4）作为碳基纳米结构之一，在绿色技术领域备受关注，广泛应用于太阳能捕获、储能、超级电容器、燃料电池、电催化、环境修复以及电子和复合材料工业。g-C3N4是一种以碳和氮为主要成分的知名聚合物材料，也是1843年发现的最古老材料之一，科学文献中将其视为人工聚合物[1]，其结构如图12.1所示。

    关键词： 纳米复合材料、能量存储、能量转换、光阳极、石墨相氮化碳

    更新于2025-09-12 10:27:22