1 北京印刷学院基础教育学院, 北京 102600
2 2. College of Letters and Science, Department of Physics, University of California, Santa Barbara 93106, USA
染料敏化太阳能电池(DSSC)是太阳能电池研究的热点领域之一, 使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO2薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、 简单的制备工艺和高的光电转换效率(PCE)的特点, 这类太阳能电池受到人们广泛关注。 为了提高这类太阳能电池的光电转换效率, 通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要, 采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。 用溶胶-凝胶法制备了TiO2胶体, 通过扫描电镜看出TiO2薄膜具有多孔结构, 其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附, 也有利于提高电池对太阳光的吸收率。 经过高温烧结后丝网印刷的TiO2薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰, 意味着TiO2颗粒已经完全晶化且粒径增加。 制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密, 使得TiO2薄膜的XRD衍射峰逐渐增强, 而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO2胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。 用不同网目印刷了单层TiO2光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况, 发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好, 而400网目印刷太阳能电池的性能最差, 这与XRD观察的结果一致。 再分别采用网目为100目、 200目、 300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO2薄膜, 以此为基础组装DSSC。 实验结果表明: 通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO2薄膜, 组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升, 其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。 以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理, 在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固, 且电池制备的步骤简单、 重复性好, 能量转换效率较高。
丝网印刷 不同网目 多孔TiO2薄膜 Screen printing Different mesh Porous TiO2 film 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2321
福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350108
采用电极火花放电法和溶胶-凝胶法制备了直径均为206 μm的SiO2微球腔和TiO2-SiO2混合微球腔,测得它们在1550 nm处的品质因子分别为2.15×10
7和1.36×10
6。宽带谐振透射谱显示,与相同尺寸的SiO2微球腔相比,混合腔中高阶回音壁模式的谐振峰吸收深度比增大,有效激发了高阶模式; 另外,谐振波长平均红移了0.706 nm,对应的自由光谱范围减小了0.020 nm,表明TiO2薄膜能有效调节SiO2微球腔的谐振特性。直径为134 μm的微球腔的谐振波长平均红移量和自由光谱范围平均减小量分别为1.012 nm和0.022 nm,表明小尺寸微球腔具有更强的谐振调节能力。
光谱学 高阶回音壁模式 溶胶-凝胶法 混合微球腔 谐振调节 TiO2薄膜
中国计量大学 光学与电子科技学院,杭州310018
采用化学还原法制备了花状纳米银凝胶溶胶,沉积在硅片、二氧化钛薄膜、玻璃上,制备得到了AgNP@Si,AgNP@TiO2,AgNP@G 3种表面增强拉曼基底。以罗丹明6G(R6G)为探针分子,考察了3种基底的表面增强拉曼效果,重复性及均匀性。AgNP@TiO2和AgNP@Si的检出限为10-8mol·L-1,而AgNP@G的检出限为10-7mol·L-1,AgNP@Si的重复性和均匀性最优。结果表明,AgNP@Si的SERS增强效果最佳,并具有制备简单,重复性和均匀性好等优点。
基底 纳米银 纳米二氧化钛膜 硅片 SERS SERS substrates silver nanoparticle TiO2 film Si wafer
1 西南民族大学 电气信息工程学院, 成都 610041
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
为了获得TiO2薄膜的光学常数, 采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪, 测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜, 得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度。根据TiO2的薄膜特性及成膜特点, 考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响, 建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型, 对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较。结果表明, 模型“基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层”可以得到最小的均方差为0.5544, 得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近。该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值。
薄膜 TiO2薄膜 椭偏仪 薄膜厚度 光学常数 films TiO2 film ellipsometer film thickness optical constant
长春理工大学 化学与环境工程学院, 吉林 长春130022
制备Cu掺杂的纳米SnO2/TiO2溶胶, 采用旋涂法在载玻片上镀膜, 经干燥、煅烧制得Cu掺杂的SnO2/TiO2薄膜, 通过对比实验探讨掺杂比例、条件、复合形式等对结构和性能的影响。采用XRD、SEM、EDS、UV-Vis等测试手段对样品进行表征, 并以甲基橙为探针考察了其光催化降解性能。XRD测试结果显示薄膜的晶型为锐钛矿型, 结晶度较高。SEM谱图显示薄膜表面无明显开裂, 粒子分布均匀, 粒径约为20 nm。EDS测试结果表明薄膜材料中含有Cu元素, 谱形一致。UV-Vis吸收光谱表明Cu掺杂以及SnO2/TiO2的复合使得在近紫外区的光吸收比纯TiO2明显增强。光催化实验表明Cu掺杂后使得SnO2/TiO2复合薄膜对甲基橙的光催化降解效率进一步提高, SnO2/TiO2复合薄膜的光催化活性在10%Cu掺杂时达到最高。
溶胶-凝胶法 SnO2/TiO2薄膜 Cu掺杂 光催化 sol-gel method SnO2/TiO2 film Cu-doping photocatalysis
采用光催化还原法在不同温度热处理的TiO2薄膜表面沉积Ag纳米颗粒，制备了Ag/TiO2纳米薄膜材料。通过UV-Vis吸收光谱表征对比了不同温度热处理的TiO2对Ag粒子光催化沉积的影响，发现500℃退火处理TiO2薄膜较利于Ag纳米粒子的光催化沉积；在650 nm红色激光照射下，500℃退火处理的Ag/TiO2样品具有明显的光致变色现象，对此变色过程中涉及的机理进行了讨论，且发现随着Ag纳米颗粒光催化沉积时间的增长，Ag/TiO2薄膜光致变色的响应速率提高，但Ag纳米颗粒过多会抑制Ag/TiO2薄膜的变色响应速率。
光学材料 Ag/TiO2薄膜 光致变色 光催化还原 optical material Ag/TiO2 film photochromism photocatalytic reduction
浙江师范大学 材料物理系， 浙江 金华 321004
详细讨论了染料敏化太阳电池二氧化钛纳米粒子、丝网印刷胶体、二氧化钛电极、对电极、电解质的制备方法，得到最优化的TiO2纳米晶电极的厚度为12μm左右。通过改善电极染料吸附量、纳米晶颗粒间的电接触性能以及电极对可见光的透射和反射能力，电池的光电性能得到显著提高。
染料敏化太阳电池 二氧化钛纳米晶多孔电极 光电极优化 dyesensitized solar cells nanocrystalline TiO2 electrodes optimization of mesoscopic TiO2 film
利用射频磁控溅射法制备出TiO2薄膜及不同掺Ce比的TiO2薄膜。用紫外-可见分光光度计对薄膜的透过率做了测定，结果显示在一定掺杂范围内随着掺Ce量的增加，薄膜的光学吸收边出现红移。计算发现通过CeO2的掺杂，氧化钛薄膜禁带宽度Eg由3.40eV减小至2.73eV，从而使吸收边由366nm红移至455nm处，增强了对可见光的吸收，这与CeO2在TiO2导带与价带间引入杂质能级有关。
TiO2薄膜 禁带宽度 红移 TiO2 film band gap energy Ce cerium red shift
在玻璃基体上,采用射频磁控溅射方法在不同的基体温度下制备了TiO2薄膜,然后在薄膜中注入注量分别为5×1016,1×1017和5×1017/cm2的N离子以制备N掺杂的TiO2薄膜。X射线衍射结果表明:制备出的TiO2薄膜为锐钛矿型。X射线光电子能谱研究结果表明:注入的N离子与TiO2晶粒相互作用,形成了含氮的TiOxN2-x化合物,从而改变了TiO2薄膜的吸收边;随N离子注量增加,吸收边移动更明显;同时,由于氮离子注入产生的辐照缺陷使TiO2薄膜在紫外和可见光区的吸收也明显增强。
TiO2薄膜 锐钛矿 氮掺杂 离子注入 吸收光谱 射频磁控溅射 N-doped TiO2 film anatase Ion implantation Absorption spectrum RF magnetron sputtering
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州 310027
基于窄带干涉滤光片的峰值透射率测量可以直接反演出薄膜的消光系数,从而得到了一种简易而又精确的评价薄膜微弱损耗的新方法。 阐述了确定弱吸收薄膜消光系数的基本原理,并分析了这种评价方法的基本精度。讨论了离子束溅射TiO2薄膜的制备参量对薄膜消光系数的影响。发现溅射速率和氧分压是影响TiO2薄膜损耗的灵敏因素。在保持其它参量不变的条件下,溅射速率从0.35 nm/s下降到0.23 nm/s,TiO2薄膜的消光系数从3.9×10-5下降到2.1×10-5;辅助离子源的Ar∶O比从1∶2变化为1∶4,对应的消光系数从5.6×10-5下降到2.3×10-5。此外,随着基板温度的提高,损耗也会有所增加。TiO2薄膜消光系数评价的合理性表明由窄带滤光片的峰值透射率来反演薄膜的消光系数是可行的。
薄膜光学 消光系数 窄带滤光片 离子束溅射 TiO2薄膜
