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使用铜和双功能NiFe电催化剂稳定的标准硅太阳能电池实现无辅助水分解
摘要： 采用水解电催化剂功能化的硅光伏电池是无辅助水分解的有前景候选方案。这类器件中，硅太阳能电池整个表面均覆盖电催化剂，由此引发两方面问题：一是硅太阳能电池在水中的稳定性，二是电催化剂的寄生光吸收导致器件效率下降。我们阐述并验证了一种水分解器件概念——使用前表面覆盖绝缘Si3N5减反射涂层的晶体硅太阳能电池。通过烧结穿透减反射涂层的银电极被移除后，代之以镍铁层状双氢氧化物（LDH）或铜/镍铁-LDH电催化剂。该器件中仅约占总面积2%的银电极接触位点覆盖电催化剂。研究发现，这一小面积催化剂不会限制器件性能，且在硅与镍铁-LDH之间添加铜中间层可提升器件性能与稳定性。采用三个串联连接的硅太阳能电池与镍铁-LDH/铜/镍泡沫对电极，在高碱性电解液中构成的器件，测得未分离产生气体的无辅助水分解效率达11.31%。
关键词： 镍铁层状双氢氧化物、光电化学电池、无辅助水分解、晶体硅太阳能电池、硅光阴极
更新于2025-09-23 15:19:57
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溶液法制备的锐钛矿型二氧化钛纳米线：从超分支结构设计到光电器件应用
摘要： 太阳能的利用及其相关光电器件的开发比以往任何时候都更为重要。其中，需要设计光捕获组件以高效将太阳光转化为电能或太阳能燃料的太阳能电池（如染料敏化太阳能电池DSSCs、量子点敏化太阳能电池QDSSCs或钙钛矿太阳能电池PSCs）以及光电化学（PEC）电池尤其受到关注。半导体二氧化钛（TiO?）因其宽带隙特性及优异的光电性能，作为光伏器件和PEC电池的光电极材料引发了强烈研究兴趣。TiO?纳米线（TNWs）凭借独特的1D几何结构及显著的光电特性，在光电器件中得到广泛应用。然而，纳米线相对较大的直径和相邻线间的大量空隙导致其表面积不足，限制了光电性能。因此，从结构设计和光学管理角度探索TNWs的各个可行方向，对进一步提升光电器件性能具有重要意义。 本文综述了分支状或超分支状TNW基光电极的设计策略及其在太阳能电池和PEC电池中的应用。我们讨论了应对在透明导电氧化物（TCO）衬底上制备TNWs挑战的通用策略（如碱/酸水热法、剥离转移法和自组装法），并提出了一系列构建精心设计的3D分支阵列架构的策略，包括长度调控与表面顺序分支/超分支修饰。通过将TNWs多功能植入其他骨架（纳米片、纳米管、空心球或多层电极）和衬底（纤维状金属丝/网、柔性金属箔或塑料片），我们展示了构建具有理想形貌特征和光电特性的新型TNW复合电极材料的方法，例如实现级联电荷转移的有利能级排列以及合理的均相/异相界面工程。TNW基电极的功能包括：增大表面积和增强光散射以实现最大化光捕获，促进电荷传输并抑制电荷复合以提高电荷收集效率，这些特性在太阳能电池、光催化和PEC电池等光电器件领域极具前景。除TNWs外，还可将其他类型半导体（如Fe?O?或WO?）纳米线集成至合理设计的结构中，制备具有全光谱吸收、高效电荷转移和优异催化性能的新型光催化材料。最后，我们为先进纳米线基材料的合理设计提供了深刻见解。
关键词： 太阳能电池，超支化设计，锐钛矿型二氧化钛纳米线，光电化学电池，光电子应用，溶液法加工
更新于2025-09-24 04:03:55
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胶体核/壳量子点的光电应用理性设计
摘要： 胶体核壳量子点（QDs）因其优异的光电特性——包括可调谐的吸光/发光光谱、高光致发光量子产率（PLQY）、抑制的俄歇复合效应、高效的电荷分离/转移能力以及卓越的光/热/化学稳定性，在太阳能技术领域展现出广阔前景。本综述总结了具有不同能带结构的工程化核壳量子点及其在发光太阳能聚光器（LSCs）、发光二极管（LEDs）、太阳能驱动光电化学（PEC）器件和量子点敏化太阳能电池（QDSCs）中的器件性能表现。特别重点介绍了界面层工程以及环保型无重金属核壳量子点在光电器件中的应用。最后简要阐述了核壳量子点的发展策略与实际应用前景，为研制高效稳定的量子点器件提供指导方向。
关键词： 核壳量子点、光电化学电池、发光二极管、太阳能电池、发光太阳能聚光器
更新于2025-09-19 17:13:59
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环保型锰掺杂核壳量子点用于高效光电化学电池
摘要： 基于胶体量子点（QDs）的光电化学（PEC）电池是一种具有显著太阳能-燃料转换效率且成本效益高的器件。然而，量子点合成及器件制备过程中广泛使用高毒性元素（如铅和镉），仍是其实际应用面临的主要挑战。本研究制备了一种基于环保型锰合金化CuInS?（MnCIS）/ZnS核壳量子点的太阳能驱动PEC电池，相较于未合金化的CuInS?（CIS）/ZnS核壳量子点对照器件，该电池展现出更优的能带排列、高效的电荷转移、降低的电荷复合率以及更小的电荷转移电阻。在标准一太阳光照（AM 1.5G，100 mW/cm2）条件下，所制备的MnCIS/ZnS核壳量子点基PEC器件获得了前所未有的约5.7 mA/cm2光电流密度，并表现出优异的稳定性。这些结果表明，过渡金属合金化的环保型核壳量子点在下一代太阳能技术中具有广阔应用前景。
关键词： 胶体量子点，光电化学电池，锰合金化CuInS?，ZnS核/壳结构，太阳能燃料转化
更新于2025-09-19 17:13:59
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一种通过吸收水分来发电的太阳能电池
摘要： 针对能源问题，太阳能、风能和波浪能等化石燃料替代能源已得到充分研究。然而，作为潜在替代方案的普遍存在的大气水分尚未得到认真探索。大气水分总量近13万亿千升，是最具开发潜力的可持续能源和丰富氢源。本研究实现了从空气中吸收水分并转化为电能。我们通过将定制吸湿材料与金属游离有机染料激发的光合系统集成，构建了混合太阳能装置来实现水分吸收和能量转换。吸湿材料从潮湿大气中吸收水分，为光电化学反应提供中性水源，从而在光照条件下直接将大气湿度转化为电能和氢气。研究还显示该装置能使密闭空间湿度从80%显著降至40%。该混合系统运行时，在室内环境光照下可同步实现除湿功能并产生240μA/cm2的光电流。
关键词： 大气水分捕获，超强吸湿水凝胶，自维持除湿，透气太阳能电池，光电化学电池
更新于2025-09-12 10:27:22
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一种组装有可见光响应光阳极的阴离子交换膜电极光电化学电池，可同时处理废水并发电
摘要： 本研究设计了一种阴离子交换膜电极组装的光电化学电池，用于同步降解有机物并发电。该光电化学电池由可见光响应光阳极、空气呼吸阴极与阴离子交换膜组装而成。得益于阴离子交换膜的内在特性，羟基传输得以增强，有机物渗透得以减少，从而提升了电池性能。实验结果表明：提高电解液浓度和光照强度可通过更高效地捕获与生成光生空穴来增强性能；在测试范围内提高乙醇浓度也能提升电池性能，这证明了阴离子交换膜降低了乙醇渗透并形成了阴极混合电位。所得结果不仅有助于优化光电化学电池设计，还能推动其实际应用。
关键词： 膜电极组件、空气阴极、光电化学电池、可见光响应、阴离子交换膜
更新于2025-09-12 10:27:22
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等离子体Bi纳米颗粒修饰的BiVO4/rGO作为光电化学水分解的高效光阳极
摘要： 我们报道了等离子体Bi纳米颗粒负载的rGO/BiVO4阳极在光电化学（PEC）水分解中的应用。与原始BiVO4相比，Bi-rGO/BiVO4复合材料的活性提高了近2.5倍。典型结果表明，Bi-rGO/BiVO4在1.23 V电压下表现出6.05 mA/cm2的最高电流密度，而BiVO4仅显示3.56 mA/cm2的电流密度。引入Bi-rGO后PEC活性的增强归因于Bi纳米颗粒的表面等离子体效应，该效应提高了辐射吸收从而降低了电荷复合。此外，该复合电极展现出良好的太阳能-氢能转换效率、可观的入射光子-电流转换效率以及较低的电荷转移电阻。因此，Bi-rGO/BiVO4为实现PEC水分解提供了可行方案。
关键词： 水分解、光电化学电池、还原氧化石墨烯、电荷传输、铋纳米颗粒、表面等离子体共振
更新于2025-09-12 10:27:22
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电化学调控的ITO@TiO2双核壳纳米线负载CdS@CdSe纳米颗粒用于增强光电化学产氢
摘要： 在此，我们报道了一种由CdS@CdSe核壳纳米颗粒（NPs）和一维结构掺锡氧化铟（ITO）@TiO2核壳纳米线（ITO@TiO2@CdS@CdSe）组成的新型双异质结构光阳极，用于高效光电化学（PEC）制氢。通过在ITO@TiO2核壳纳米线上连续电化学沉积实现的精细调控分级核壳CdS@CdSe敏化，对PEC响应具有可见光利用与高效电荷传输的协同效应。这种合理设计的双核壳异质结构实现了沿对齐能带边缘的级联电荷迁移，并通过ITO@TiO2@CdS@CdSe分级异质结构实现快速电荷提取，从而缓解了关键的电荷累积问题。结果表明，该双异质结构光阳极在1.23 V（vs.可逆氢电极RHE）下展现出20.11 mA/cm2的最大光电流密度，并在扩展吸收光谱范围内显著提升了入射光子-电流转换效率（IPCE）。时间分辨光致发光（TRPL）表征表明，ITO@TiO2@CdS@CdSe中实现的多能带级联电荷迁移可使电荷分离效率提升8倍。这种通过电化学沉积构建双异质结结构光电极的合理设计，为改良传统存在太阳能转换停滞和PEC制氢效率低下问题的光捕获光电极提供了示范。
关键词： 级联电荷传输、太阳能制氢、电化学核壳沉积、光电化学电池、双异质结构
更新于2025-09-11 14:15:04
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BODIPY核中位羧基功能化及其对光伏性能的影响
摘要： 制备了两种meso位带有不同羧酸基团的BODIPY染料，并用于敏化TiO2光电极?；诠馄妆碚?，将这些光电极用于制备太阳能光捕获的光电化学电池（PECs）。光伏测试表明，两种BODIPY染料均成功敏化了PECs，其短路电流密度（JSC）较对照组提高两倍。电流增益归因于BODIPY带来的光谱吸收增强。最后还研究了BODIPY与N719染料共敏化的影响，并讨论了光伏器件性能。
关键词： 染料敏化太阳能电池、光电化学电池、N719染料、共敏化、BODIPY染料
更新于2025-09-11 14:15:04
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具有p/n异质结的纳米结构CuWO4/Mn3O4作为光阳极用于增强水氧化
摘要： 本文报道了一种新型光阳极的制备方法：先通过旋涂法在掺氟氧化锡（FTO）玻璃表面沉积n型CuWO4纳米卵形体，再采用沉积-退火法修饰p型Mn3O4纳米球，在FTO玻璃表面形成具有p/n异质结的新型纳米复合材料（CuWO4/Mn3O4）。表征结果表明该复合材料的两个组分紧密接触。光电化学测试显示，制备的CuWO4/Mn3O4光阳极比纯CuWO4光阳极能产生更大的阳极光电流，并表现出更高的入射光子-电流转换效率（IPCE）。此外，以该电极作为光阳极、铂片作为对电极组装的光电化学（PEC）串联电池，在无牺牲剂条件下经1.20V vs. RHE偏压的2小时模拟太阳光照射后，从对电极室和光阳极室分别收集到5.0 μmol氢气和2.3 μmol氧气，展现出增强的光催化活性与稳定性。这种优异性能归因于复合材料中形成的异质结结构，促进了光生电荷的高效转移与分离。
关键词： 四氧化三锰、钨酸铜、水分解、氢气和氧气生产、光电化学电池
更新于2025-09-10 09:29:36