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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 染料敏化太阳能电池功能材料中的界面工程 || 光阳极功能：电荷转移动力学、挑战与替代策略

    摘要： 人口增长带来了巨大的能源需求，这加速了化石燃料的消耗[1]。在多种基于可再生能源的替代方案中，染料敏化太阳能电池（DSSC）是20世纪90年代初光伏领域出现的一种具有成本效益且潜力巨大的硅太阳能电池替代品，因其采用廉价组件和简单的制造工艺。DSSC在工作原理上与传统p/n结太阳能电池完全不同；然而，它采用了自然光合作用的原理，因此常被称为人工光合作用。光阳极上的单层染料分子就像植物中的叶绿素一样，吸收入射光并在电池中产生正负电荷载体。

    关键词： 光阳极、染料敏化太阳能电池、电荷转移动力学、可再生能源、DSSC

    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 || 作为光阳极的光散射材料

    摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSCs）因其制备简便、成本低廉，以及可制成柔性器件和建筑一体化光伏系统等附加特性，已成为传统硅基太阳能电池的有力替代方案[1]。该电池通常由半导体光阳极、对电极（催化剂）和电解质构成[2,3]。在DSSCs中，染料敏化光阳极捕获的光量直接影响整体性能，因为电子直接来源于受光照激发的染料分子。提升器件性能的关键途径之一是通过增强光吸收，例如采用串联结构或引入光散射效应。其中，光散射效应因方法简便而备受关注[4-7]。Usami于1997年提出了光散射效应的基础理论[8]：通过构建由小粒径颗粒膜底层和大粒径颗粒膜顶层组成的新型光电极结构，顶层散射的光线可增强光吸收。早期研究多基于蒙特卡洛模型、米氏理论和多通量模型，采用多种模拟方法分析DSSCs中的光散射效应。此后，光散射效应作为提升DSSCs性能的重要技术得到广泛应用[9]。下文将具体阐述光散射原理及光散射材料的应用。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、瑞利散射、二氧化钛、米氏理论、纳米粒子、光散射、DSSCs、光阳极

    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 || TiCl<sub>4</sub>后处理在光阳极中的作用

    摘要： 能源是任何生物存在于宇宙中的关键要素。工业化的兴起与人口增长导致能源?；本缂泳?。要减少对化石燃料（石油、煤炭和天然气）的依赖，并迈向更清洁的未来，就需要大规模部署可持续的可再生能源。其中太阳能最为丰富，且全年可用。此外，太阳能最有可能满足能源需求，并推动清洁环保技术的创新。从这个角度看，基于光伏效应将太阳能转化为电能的太阳能电池开发是最优方案之一?；诰骞韬捅∧ぜ际醯奶裟艿绯赝ǔ１怀莆谝淮偷诙裟艿绯?，但其缺点在于硅材料的有限供应和成本问题。作为替代方案，第三代光伏技术应运而生，包括染料敏化太阳能电池（DSSCs）、有机光伏、量子点以及最近的钙钛矿太阳能电池。自1991年取得突破以来[1]，以纳米晶TiO2为光阳极的DSSCs引起了科学界和技术的广泛关注。电荷产生和传输这两个主要功能不再由单一材料完成，而是分离到不同材料中，即敏化染料、宽带隙半导体（TiO2）和液体氧化还原电解质[2]。

    关键词： 光阳极、二氧化钛、染料敏化太阳能电池、电子传输、四氯化钛后处理、染料吸附、光电流产生

    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 || 掺杂半导体作为光阳极

    摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSCs）因能将阳光转化为电能，目前正受到学术界和商业界的广泛关注。作为第三代太阳能电池，DSSCs突破了单带隙太阳能电池的肖克利-奎伊瑟效率极限。这些器件可在广泛的照明条件下运行，适用于各类阴影和漫射光环境，且不受阳光入射角度影响。其性能不受温度、直射阳光、气候等因素干扰。该类电池的主要优势在于高效、低成本、易制备且环保，因而应用灵活，可集成至多种产品中。DSSC的核心组件包括：透明导电氧化物（TCO）氟掺杂氧化锡/铟掺杂氧化锡（FTO/ITO）、作为光阳极的半导体氧化物材料（如TiO2、ZnO、SiO2）、作为敏化剂的有机/无机染料、LiI/I电解质以及铂对电极。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、二氧化钛、效率、DSSCs、光阳极、掺杂

    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 || 等离子体纳米复合材料作为光阳极

    摘要： 用于染料敏化太阳能电池（DSSC）的半导体氧化物包括TiO2、ZnO、SnO2和Nb2O5等，它们凭借大表面积作为敏化剂单分子层的载体，并向导电基底传输电子。纳米晶半导体薄膜能吸附大量染料分子，提高太阳能捕获效率。然而大表面积TiO2存在的主要缺陷是其无序的电子传输会导致电子-空穴复合过程，从而影响器件整体性能[1,2]。为解决该问题，设计具有光生载流子到集流体高效传输路径的光阳极似乎是提升DSSC性能的可能方案。为此，研究者尝试了金属表面修饰、掺杂、半导体耦合及与碳材料复合等方法[3-6]。在DSSC应用中，采用金(Au)[7-9]和银(Ag)[10,11]等等离子体颗粒对金属氧化物进行修饰被广泛报道，可防止光生电子-空穴对复合并提高电荷转移效率。

    关键词： 光阳极、二氧化钛、氧化锌、金、银、染料敏化太阳能电池、等离子体纳米复合材料

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 量子点的电泳沉积及复合材料表征

    摘要： 电泳沉积（EPD）是基于纳米材料器件制造中的一项新兴技术。本文报道了该技术在多种溶剂中沉积胶体量子点（CQDs）的深入研究。我们首次发现，采用二氯甲烷（DCM）进行CQDs沉积可显著提升EPD性能，所制备的CQD-TiO2复合材料中量子点负载量较氯仿或甲苯等常用溶剂提高近10倍。我们认为这一效应源于该溶剂具有比常用溶剂更高的介电常数，从而增强了EPD作用效果——尽管zeta电位变化可能也起到重要作用。此外，通过使用多种配体包覆的CdSe量子点及II-VI族CQDs（包括CdS、CdSe/CdS、CdS/CdSe和CdTe/CdSe）以及IV-VI族PbS量子点对多孔TiO2电极进行敏化，该溶剂选择证明了QD EPD技术的真正普适性。

    关键词： 二氯甲烷、致敏作用、光阳极、量子点、电泳沉积

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过微晶-纳米晶TiO?光阳极增强染料敏化太阳能电池的光捕获效率

    摘要： 本文讨论了一种通过将亚微米级TiO2颗粒掺入含小纳米颗粒的光阳极中来实现染料敏化太阳能电池（DSSC）新设计的方法。实验结果表明，TiO2纳米颗粒的均匀混合可提高光电流密度，从而显著提升DSSC效率。当亚微米颗粒质量比为5%时获得最佳性能，其功率转换效率达5.58%，比纯TiO2纳米颗粒高出20%。这种微晶-纳米晶TiO2光阳极可应用于高产率的大规模DSSC生产。

    关键词： 光阳极、光电转换效率、染料敏化太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • TiO2和ZnO纳米棒中的氧非化学计量比：对染料及Sb2S3敏化太阳能电池光伏性能的影响

    摘要： 通过水热法合成了金红石型TiO?（TiO?-NR）和ZnO（ZnO-NR）纳米棒结构材料。这些氧化物直接生长在氟掺杂SnO?包覆玻璃上，并在450°C空气（AA）和氢气（HA）氛围中退火3小时。详细的物相结构、光学及微观结构研究表明AA样品形成了稳定晶相，HA样品保持结构稳定。TiO?-NR和ZnO-NR光阳极分别呈现g值约1.99和1.95的EPR信号，证实存在氧空位（OV）相关缺陷。TiO?-NR-HA的EPR信号强于TiO?-NR-AA且ZnO-NR-AA中未检测到信号，表明氢化处理增加了缺陷浓度。这使得氢化处理的TiO?-NR-HA和ZnO-NR-HA光阳极在1太阳光照下的光电导率较AA样品提升两个数量级。染料敏化和Sb?S?敏化太阳能电池中，氢化ZnO-NR的光伏功率转换效率提升2-3倍，而TiO?-NR效率则降低一半。这种效率变化与界面阻抗的改变一致：染料或Sb?S?敏化的TiO?-NR-HA光阳极界面阻抗增大，而敏化的ZnO-NR-HA光阳极界面阻抗减小。研究表明尽管光电导率提升1-3个数量级，但敏化剂/光阳极界面阻抗对效率起决定性作用。

    关键词： 氧空位、纳米棒、光阳极、效率、氧化锌、太阳能电池、二氧化钛

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 脉冲激光沉积法制备的SnNb?O?光阳极中晶格缺陷对水氧化性能的影响

    摘要： SnNb2O6是极具潜力的光电化学水分解光阳极材料之一。我们采用脉冲激光沉积法制备了不同Sn/Nb比例的SnNb2O6薄膜光阳极，并研究了晶格缺陷对水氧化性能的影响。通过光电流测试和拉曼光谱分析发现：抑制Sn4+取代SnNb2O6晶格中Nb5+位点所形成的受主缺陷，可显著提升水氧化性能。本研究基于缺陷化学提出了材料设计策略，为开发无需外加偏压即可运行的高效光电化学电池用SnNb2O6光阳极提供了理论依据。

    关键词： 晶格缺陷、光阳极、水氧化、脉冲激光沉积、SnNb2O6

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 采用不同尺寸TiO?纳米晶制备的分层光阳极用于增强量子点敏化太阳能电池的光捕获

    摘要： 以直径为20纳米（T20）、40纳米（T40）和60纳米（T60）的TiO?纳米晶（NCs）为起始材料，在FTO玻璃上构建了三种TiO?光阳极。同时，通过逐层沉积T20、T40和T60在FTO玻璃上制备了三层复合光阳极（T60/T40/T20/FTO/玻璃）。采用连续离子层吸附反应法（SILAR）将这四种光阳极用CdZn?.??S?.??Se?.??量子点敏化，最终制得四种量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）。结果表明：三层复合光阳极QDSSC的效率最高，达3.95%。其短路光电流密度（Jsc）分别是T20、T40和T60基光阳极QDSSC的1.25倍、1.21倍和1.13倍。此外，随着TiO?纳米晶平均粒径从20纳米增至60纳米，Jsc从13.8 mA·cm?2提升至15.24 mA·cm?2。通过紫外-可见光谱、XRD和SEM对裸TiO?薄膜及CdZn?.??S?.??Se?.??敏化TiO?光阳极的光学性能、晶体结构和形貌进行了表征，并测量分析了QDSSCs的入射光子-电子转换效率、开路电压衰减和电化学阻抗谱，阐明了性能提升的内在机制。

    关键词： 量子点敏化太阳能电池、二氧化钛纳米晶体、光捕获、CdZn0.02S0.08Se0.92量子点、光阳极

    更新于2025-09-11 14:15:04