下载文档原格式
Vol.34高等学校化学学报No.102013年10月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 2401~2407 doi:10.7503/cjcu20130093Sb 2S 3纳米丝的合成及杂化太阳电池研究张 慧,吴 璠,韩昌报,沈 薇,崔 奇,邱泽亮,刘长文,高 锋,王命泰(中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031)摘要 利用溶剂热方法制备出高质量的Sb 2S 3纳米丝,并将其与聚(2⁃甲氧基⁃5⁃(2⁃乙基己氧基)⁃1,4⁃对苯乙炔)(MEH⁃PPV)共混制备成体型结构聚合物太阳电池.利用X 射线衍射㊁扫描电子显微镜㊁透射电子显微镜和紫外⁃可见吸收光谱对Sb 2S 3纳米丝进行表征,利用电流⁃电压(J⁃V )测试和电池的光电转换效率(IPCE)谱研究了Sb 2S 3纳米丝含量对Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混体型结构太阳电池性能的影响.结果表明,合成的Sb 2S 3纳米丝直径为60~70nm,长度为4~6μm,沿[001]晶向生长,在紫外⁃可见光区有较强的吸收,光学带隙为1.57eV.电池性能测试结果表明,Sb 2S 3纳米丝作为辅助光吸收材料及有效的电子传输材料,提高了对可见光的利用率;Sb 2S 3的补充吸收作用使Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混电池具有一定的宽谱响应特点;与不含Sb 2S 3的电池相比,Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混电池中增加的MEH⁃PPV /Sb 2S 3界面提高了光生激子分离效率,从而提高了电池的效率.关键词 Sb 2S 3;纳米丝;太阳电池中图分类号 O646 文献标志码 A收稿日期:2013⁃01⁃25.基金项目:中国科学院合肥物质科学研究院院长基金和国家自然科学基金(批准号:11274307)资助.联系人简介:王命泰,男,博士,研究员,主要从事太阳电池材料与器件性能研究.E⁃mail:mtwang@由于结合了无机材料电子迁移率和热稳定性高及有机材料易成膜㊁重量轻㊁柔软的优点,以共轭聚合物为电子给体(D)和无机纳米结构作为电子受体(A)组成的杂化型聚合物太阳电池(PSC)受到越来越广泛的关注[1~3].在这类太阳电池中,光电转换过程包括以下步骤:共轭聚合物吸收太阳光产生激子㊁激子扩散到D /A 界面并分离成自由电子和空穴㊁电子迅速注入到无机纳米结构中而空穴在聚合物内部㊁电子和空穴分别输运到相应的电极产生电流.常用共轭聚合物的带隙(E g )较宽,如聚(3⁃己基)噻吩(P3HT)的带隙为2.0eV [4~6]㊁聚(2⁃甲氧基⁃5⁃(2⁃乙基己氧基)⁃1,4⁃对苯乙炔)(MEH⁃PPV)的带隙为2.3eV [7,8];这些聚合物的光吸收光谱范围较窄,主要在400~600nm 之间,而太阳光谱的最大光子流量在600~800nm [9],使得这些聚合物组成的PSC 的光谱响应范围与太阳光谱不匹配.利用窄带隙无机半导体纳米材料,如CuInS 2(E g =1.7eV)[10],PbS(E g =0.4eV)[11,12],FeSe(E g =0.8eV)[11],SnS(E g =1.3eV)[13],Sb 2S 3(E g =1.7~1.9eV)[14,15]作为辅助光吸收材料制备杂化太阳电池,可拓宽器件的光响应范围,提高光利用率,进而提高电池性能.Sb 2S 3具有较高的光吸收系数(α≈105cm -1)和较小的带隙(1.7~1.9eV)[14,15],是非常有潜力的光伏材料.近年来,以Sb 2S 3作为光吸收材料的太阳电池备受关注.其中,研究最多的是使用Sb 2S 3量子点作为敏化剂及光吸收材料制备固态染料敏化电池[14]及使用Sb 2S 3薄膜制备无机薄膜太阳电池及杂化型PSC [16,17].量子点比表面积大,表面缺陷多,增加了电子在量子点间传输时的复合几率;与量子点相比,长径比较大的一维(1D)无机纳米结构(如纳米丝㊁纳米棒)更有利于电子传输,并且其比表面积比薄膜大,对光的利用率较高.因此,使用1D 纳米结构制备的太阳电池比使用其它形貌材料制备的电池性能好[18].然而,由Sb 2S 3纳米丝和聚合物组成的太阳电池还未见报道.Sb 2S 3纳米丝或纳米棒的合成方法主要有湿化学法[19]㊁模板法[20]和水/溶剂热法[21~25]等.水/溶剂热法是一种简便㊁高效的纳米材料合成方法.文献中合成Sb 2S 3纳米丝的水/溶剂热法具有反应温度Fig.1 Architecture of Sb 2S 3/MEH⁃PPVhybrid solar cells较高(≥180℃)㊁反应时间较长(超过10h)㊁常用有机金属化合物作为前驱物㊁合成过程比较复杂㊁产物纳米丝的直径通常大于100nm 等特点[21~24].本文以L ⁃巯基丙氨酸为表面改性剂,使用简单的无机盐作为反应物,在较低温度(160℃)和较短反应时间(6h)条件下合成Sb 2S 3纳米丝,以Sb 2S 3纳米丝和MEH⁃PPV 的共混膜作为光活性层,制备了Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混体型杂化太阳电池(图1),并研究了Sb 2S 3纳米丝含量对电池性能的影响.1 实验部分1.1 试 剂L ⁃巯基丙氨酸(C 3H 7NO 2S,纯度99%,Alfa⁃Aesar 公司)㊁聚(3,4⁃乙基二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT ∶PSS,Clevios P HC V4,H. C.Starck 公司)㊁MEH⁃PPV(M n =40000~70000,Aldrich 公司)㊁氧化铟锡(ITO)导电玻璃(<15Ω/□,深圳莱宝高科技股份有限公司).SbCl 3㊁Na 2S 2O 3㊃5H 2O㊁乙醇㊁丙酮㊁异丙醇及氯苯均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司),其中氯苯在减压蒸馏后使用.1.2 Sb 2S 3纳米丝的合成在10mL 丙酮中溶解0.2g SbCl 3,室温下搅拌5min 形成透明溶液,然后加入15.5mL Na 2S 2O 3㊃5H 2O(0.5mol /L)水溶液和20mL 无水乙醇,搅拌至形成橘红色悬浮物,然后加入1g L ⁃巯基丙氨酸搅拌15min,此时橘黄色悬浮物变为暗红色,再加入34.5mL 去离子水使混合物总体积达到80mL;将该悬浮液转移至100mL 高压釜中,密封后于160℃反应6h.待高压釜自然冷却至室温后,将产物离心(转速8000~12000r /min,15min)分离,用无水乙醇洗涤多次并于60℃真空干燥8h.1.3 太阳电池的制备使用KW⁃4A 型匀胶机(美国Chemat Technology 公司),将Sb 2S 3纳米丝和MEH⁃PPV 按不同质量比(R )在氯苯中共混(其中,MEH⁃PPV 在氯苯中的浓度为4mg /mL)后旋涂成膜,作为电池的光活性层.以ITO 为电池的光阳极,经丙酮㊁异丙醇和超纯水超声清洗后干燥,在其表面制备一层TiO 2膜[26]作为电子传输层,接着旋涂一层Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混物(1500r /min,60s),并在氮气保护下于60℃干燥1h 以除去溶剂;在活性层上旋涂PEDOT ∶PSS 的异丙醇溶液(体积比1∶1,使用前用0.8μm 滤膜过滤)(2000r /min,60s)作为电子阻挡层,在手套箱中于100℃热处理15min,最后,使用ZHD⁃230D 型电阻蒸发镀膜仪(北京泰科诺科技有限公司)在PEDOT ∶PSS 膜上通过真空热蒸发方法蒸镀一层Au 膜(100nm)作为电池光阴极.器件在Super 1220/750型超级净化手套箱[米开罗那(中国)有限公司](O 2浓度<1.43mg /m 3,水蒸气浓度<0.80mg /m 3)封装.1.4 表 征粉末X 射线衍射测试在MXP18AHF 型X 射线衍射仪(日本Mac Science 公司)上完成(Cu Kα辐射,λ=0.154056nm).使用FEI Sirion 200型场发射扫描电子显微镜(FE⁃SEM,美国FET 公司)㊁JEOL⁃2010型透射电子显微镜(TEM,日本JEOL 公司)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析样品形貌㊁尺寸及生长特点.紫外⁃可见(UV⁃Vis)吸收光谱和荧光(PL)光谱分别在UV2550型紫外⁃可见分光光度计(日本岛津公司)和F⁃7000型荧光光谱仪(日本日立公司)上测试.光学测试使用的膜样品是将活性层溶液按电池制备条件旋涂在干净的石英基片上制得.电池的电流⁃电压(J⁃V )测试在94023A 型Oriel Sol3A 太阳模拟器(美国Newport 公司)上完成,光源为450W 氙灯,数据采集在PVIV⁃1A 型I⁃V 测试系统(美国Newport 公司,Keithley 2400数字源表,Labview 2009SP1GUI 软件)上完成,光照强度(AM 1.5,100mW /cm 2)由标准硅电池标定.电池的光电转换效率(IPCE)谱测试在QE /IPCE 测量系统(美国Newport 公司)上完成.J⁃V 及IPCE 测试时光都通过ITO 面照射,电池的有效面积为0.04cm 2.2042高等学校化学学报 Vol.34 2 结果与讨论2.1 Sb 2S 3纳米丝的表征图2(A)是产物的XRD 谱图.所有衍射峰对应正交晶系Sb 2S 3(JCPDS card No.:42⁃1393),其晶格常数为a =1.123nm,b =1.131nm,c =0.3841nm.XRD 谱图中没有出现杂质峰,衍射峰很尖锐,表明产物的纯度和结晶度均很高.SEM 照片[图2(B)]表明,产物呈典型的纳米丝结构,直径为60~70nm,长度为4~6μm.图2(C)和(D)分别是单根纳米丝的TEM 照片和HRTEM 照片.HRTEM 照片中晶格条纹间距为0.277nm,对应于Sb 2S 3的(221)晶面(d =0.2765nm),表明Sb 2S 3纳米丝为单晶;晶格条纹与纳米丝的生长方向呈43.5°夹角,表明纳米丝沿[001]方向生长[21,23].Fig.2 XRD pattern (A )and SEM image (B )of the as⁃synthesized Sb 2S 3nanowires ,TEM image of a singlenanowire (C )and HRTEM image of the marked region on the TEM image (D )Inset of (B)shows a magnified SEM image of the sample.Fig.3 Absorption spectrum of the as⁃synthesized Sb 2S 3nanowires in ethanolThe inset shows the band gap determination by direct band gap method.图3为所合成的Sb 2S 3纳米丝(0.2mg /mL)均匀分散在乙醇中的吸收光谱.可以看出,Sb 2S 3纳米丝的光谱范围在300~900nm 之间,尤其在750nm 以内吸收较强,与太阳光谱的最大光子流量区域有较好的匹配.通过直接带隙法[19]获得Sb 2S 3纳米线的带隙为1.57eV(图3插图).2.2 共混膜的光学性质图4为MEH⁃PPV 膜(R =0∶1)和不同Sb 2S 3含量的共混膜(R =1∶1和5∶1)的UV⁃Vis 吸收光谱及室温PL 谱.MEH⁃PPV 膜的吸收范围为400~600nm,对应于共轭体系中的π⁃π*电子跃迁.当R =1∶1时,Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混膜的吸收光谱与MEH⁃PPV 的非常相似,表明共混膜吸收主要源于MEH⁃PPV,但其在300~400和600~900nm 范围的吸收增强,是Sb 2S 3的补充吸收所致.当Sb 2S 3纳米丝的含量增加至R =5∶1时,Sb 2S 3的吸收更为显著.因此,Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混膜在300~900nm 范围内具有较好的光吸收能力,并随Sb 2S 3纳米丝3042 No.10 张 慧等:Sb 2S 3纳米丝的合成及杂化太阳电池研究4042高等学校化学学报 Vol.34 含量的增加而增强.Sb2S3/MEH⁃PPV共混膜的PL谱[图4(B)]与纯MEH⁃PPV的很相似,说明共混膜的荧光峰主要来自于MEH⁃PPV中的激子发光.MEH⁃PPV在595nm处的荧光峰是由于激发态的π电子向基态跃迁所致.与MEH⁃PPV相比,共混膜的荧光峰强度显著下降,这是由于发生了由MEH⁃PPV 向Sb2S3纳米丝的能量转移,使MEH⁃PPV的荧光发生猝灭[27].将Sb2S3纳米丝含量由R=1∶1增加至R=5∶1,荧光峰强度猝灭程度由42.4%增加至88%,表明提高R值使Sb2S3/MEH⁃PPV界面面积增大,有利于聚合物中的激子在Sb2S3/MEH⁃PPV界面处分离.Fig.4 Absorption(A)and room⁃temperature PL(B)spectra of MEH⁃PPV(a)and Sb2S3/MEH⁃PPV blend[R=1∶1(b)and5∶1(c)]films on quartz substrates2.3 太阳电池性能图5是以不同Sb2S3含量的Sb2S3/MEH⁃PPV共混膜作为光活性层制备的太阳电池在AM1.5光照条件下的电流⁃电压(J L⁃V)曲线及IPCE曲线,图5(A)中的插图是暗态条件下的电流⁃电压(J D⁃V)曲线,表1列出了由J L⁃V曲线得到的器件光伏参数.结果表明,Sb2S3纳米丝的含量对电池的开路电压(V oc)影响不大,但短路电流(J sc)随R值的增加而增大.与不含Sb2S3纳米丝的电池相比,当R=1∶1时,电池的填充因子(FF)几乎不变,J sc和能量转换效率(η)分别增加了12%和15%;将Sb2S3的含量增加至R=5∶1时,电池的J sc和η分别增大了64.3%和39.4%,而FF减少14.4%.可见,随着Sb2S3含量的增加,J sc增大是提高电池光电转换效率的主要原因,但FF随R值增加而降低则限制了电池性能进一步提高.Fig.5 J⁃V curves under AM1.5illumination(A)and IPCE curves(B)of the MEH⁃PPV/Sb2S3 solar cells with different R valuesInset of(A)shows the J⁃V curves of the devices in the dark,inset of(B)shows the magnified IPCE spectra in the range of600 900nm.Table1 Device performance under AM1.5illuminationR V oc/V J sc/(mA㊃cm-2)FF(%)η(%)10-3R s/Ω10-3R sh/Ω0∶10.4661.45641.60.2822.7319.61 1∶10.4821.63441.30.3252.3318.73 5∶10.4612.39235.60.3932.4110.62 为了深入认识R对J sc产生的影响,对电池的IPCE进行了测试[图5(B)].不含Sb2S3纳米丝的电池在600~900nm范围内IPCE接近0,无光电流产生;使用Sb2S3/MEH⁃PPV共混膜(R=1∶1和5∶1)制备的太阳电池在600~900nm表现出一定的IPCE[图5(B)插图],且在400~600nm范围内IPCE 显著增强.依据文献[28~31]可得到PEDOT∶PSS,Au,MEH⁃PPV,TiO2和Sb2S3的电子结构,Sb2S3/Fig.6 Band structure in MEH⁃PPV /Sb 2S 3solar cells Arrows indicate the expected charge transfer and transport processes.MEH⁃PPV 共混体型太阳电池的能级结构如图6所示.在Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混体型杂化太阳电池中,MEH⁃PPV 为电子给体,Sb 2S 3既是电子受体也是电子给体.光照时,Sb 2S 3纳米丝和MEH⁃PPV 共同吸收光子产生激子.在能量转移过程中,MEH⁃PPV 中的激子在MEH⁃PPV /Sb 2S 3界面处分离,电子注入到Sb 2S 3中进而传输到TiO 2,空穴则在该聚合物中传输;Sb 2S 3中的激子在Sb 2S 3/TiO 2界面分离,电子注入到TiO 2而空穴则注入到聚合物中.最后,自由电子和空穴分别在ITO 和Au 电极上收集,产生光电流.由UV⁃Vis 谱[图4(A)]可知,在400~600nm 范围内,光电流的产生源于MEH⁃PPV 和Sb 2S 3纳米丝的共同吸收;而在600~900nm 内,MEH⁃PPV 对光没有吸收,光电流的产生应源于Sb 2S 3纳米丝的光吸收.因此,R =1∶1和5∶1时,600~900nm 范围内的IPCE 是Sb 2S 3纳米丝吸收的贡献,虽然这部分IPCE 数值较小,其存在说明电池已具有一定的宽谱响应特点;而在400~600nm 范围内IPCE 数值的增加,一方面是由于Sb 2S 3纳米丝的光吸收对电流的贡献,另一方面是由于Sb 2S 3纳米丝的加入增加了MEH⁃PPV /Sb 2S 3界面,有利于光生激子的分离,使最终产生电流的有效激子数量增加,提高对可见光的有效利用率.可见,在Sb 2S 3/MEH⁃PPV 共混体型电池中,MEH⁃PPV 是主要的光吸收材料,而Sb 2S 3纳米丝是辅助光吸收材料及有效的电子传输材料.在杂化太阳电池中,FF 与电池的串联电阻(R s )和并联电阻(R sh )密切相关[9,32].R s 是载流子在传输过程中的电阻,R s 越小,意味着载流子越容易传输到电极形成电流;R sh 越高表示电池中漏电流越小,即载流子传输过程中复合情况较弱.理想情况下,当R s =0,R sh =∞时,FF =1[9,32].利用下式计算光照条件下J⁃V 曲线在V oc 和J sc 处的切线斜率可得到R s 与R sh [13]:R s =(d V /d J )J =0(1)R sh =(d V /d J )V =0(2) 实验中R s 和R sh 数值由电流⁃电压测试系统直接给出(表1).与不含Sb 2S 3纳米丝的电池相比,加入Sb 2S 3纳米丝后(R =1∶1和5∶1),R s 和R sh 都减小.R =1∶1时,R s 减小14.5%,R sh 减小4%,而FF 几乎不变;R =5∶1时,R s 减小11.8%,R sh 减小45.8%,FF 减小14.4%.可见,Sb 2S 3纳米丝的加入一方面减小了R s ,有利于载流子传输;另一方面,增加了电荷复合,减小了R sh ,不利于FF 的提高[33].Sb 2S 3纳米丝表面存在的缺陷是其增加电荷复合的原因所在[28,34].光生电流(J ph )是光生激子在D /A 界面处分离成的自由载流子形成的电流,是光照条件下总电流J L 的一部分,可反映D /A 界面处电荷的分离复合情况[35]:J ph (E )∝k s (E )k r (E )(3)Fig.7 J ph ⁃V curves in Sb 2S 3MEH⁃PPV solarcells with different R式中,k s (E )和k r (E )分别是与电场E 相关的界面处光生激子的分离和复合效率.利用光照和暗态条件下的J ⁃V 数据(图5),通过公式J ph =J L -J D [36](J L 和J D 分别为光照和暗态条件下的电流),计算得到J ph ⁃V 关系图(图7).与不含Sb 2S 3纳米丝的电池相比,R =1∶1时电池的J ph 由1.61mA /cm 2增大至1.78mA /cm 2,增幅10.5%;而当R =5∶1时,J ph 增大至2.67mA /cm 2,增幅高达65.8%.共混膜的PL 谱[图4(B)]表明,增加Sb 2S 3纳米丝的用量有利于光生激子在MEH⁃PPV /Sb 2S 3界面处分离,使5042 No.10 张 慧等:Sb 2S 3纳米丝的合成及杂化太阳电池研究6042高等学校化学学报 Vol.34 k s(E)提高.虽然电阻分析结果表明,Sb2S3纳米丝的加入使载流子复合增加,即k r(E)增大,但J ph的增大说明k s(E)提高的幅度远大于k r(E).在不含Sb2S3纳米丝的电池中,MEH⁃PPV中的部分光生激子离D/A界面(MEH⁃PPV/TiO2界面)较远,未扩散至界面就湮灭,因此k s(E)较小;而在Sb2S3/MEH⁃PPV共混体型杂化太阳电池中,Sb2S3纳米丝的添加在MEH⁃PPV相中引入较多的MEH⁃PPV/Sb2S3界面,使电池中D/A界面面积增大,聚合物中的光生激子与D/A界面之间距离大大缩短,可使更多的激子在湮灭前扩散至D/A界面并成功分离,提高k s(E).相比文献中其它一维纳米结构,如TiO2和CdS纳米棒[4,7],本文所用的Sb2S3纳米丝较长(4~ 6μm).Sb2S3吸收光子产生的激子需沿纳米丝向TiO2膜扩散,才能到达分离界面,并对电流的产生做出贡献,但是扩散距离过长会导致激子在扩散过程中发生湮灭,这也许是共混膜在600~900nm范围内有很强的吸收而电池在该光谱范围的IPCE数值却很低的原因.3 结 论利用溶剂热方法制备出高质量的Sb2S3纳米丝,使用Sb2S3纳米丝制备成Sb2S3/MEH⁃PPV共混体型杂化太阳电池.结果表明,Sb2S3纳米丝作为辅助光吸收材料及有效的电子传输材料,提高了杂化太阳电池对可见光的利用率;Sb2S3的补充吸收作用使电池具有一定的宽谱响应的特点.与不含Sb2S3纳米丝的电池相比,Sb2S3纳米丝的添加,一方面引入了MEH⁃PPV/Sb2S3界面,使电池中D/A界面面积增大,提高光生激子的分离效率和电子的传输能力,提高电池的光电流;另一方面,Sb2S3纳米丝的表面缺陷导致电荷复合严重,不利于电池性能的提高.当Sb2S3纳米丝与MEH⁃PPV的质量比为5∶1时,得到能量转换效率为0.393%的电池器件.参 考 文 献[1] Huynh W.U.,Science,2002,295(5564),2425 2427[2] Burda C.,Chen X.B.,Narayanan R.,El⁃Sayed M.A.,Chem.Rev.,2005,105(4),1025 1102[3] Coakley K.M.,McGehee M.D.,Chem.Mater.,2004,16(23),4533 4542[4] Cardoso J.C.,Grimes C.A.,Feng X.J.,Zhang X.Y.,Komarneni S.,Zanoni M.V.B.,Bao N.Z.,mun.,2012,48(22),2818 2820[5] Lin Y.Y.,Wang D.Y.,Yen H.C.,Chen H.L.,Chen C.C.,Chen C.M.,Tang C.Y.,Chen C.W.,Nanotechnology,2009,20(40),405207⁃1 405207⁃5[6] Ferreira S.R.,Davis R.J.,Lee Y.J.,Lu P.,Hsu J.W.P.,Organic Electronics,2011,12(7),1258 1263[7] Wang L.,Liu Y.S.,Jiang X.,Qin D.H.,Cao Y.,J.Phys.Chem.C,2007,111(26),9538 9542[8] Verma D.,Ranga R.A.,Dutta V.,Sol.Energy Mater.Sol.Cells,2009,93(9),1482 1487[9] Wright M.,Uddin A.,Sol.Energy Mater.Sol.Cells,2012,107,87 111[10] Yue W.J.,Han S.K.,Peng R.X.,Shen W.,Geng H.W.,Wu F.,Tao S.W.,Wang M.T.,J.Mater.Chem.,2010,20(35),7570 7578[11] Xu T.T.,Qiao Q.Q.,Energy Environ.Sci.,2011,4(8),2700 2720[12] Zhu J.,Hu L.H.,Dai S.Y.,Chem.J.Chinese Universities,2012,33(3),555 559(朱俊,胡林华,戴松元.高等学校化学学报,2012,33(3),555 559)[13] Wang Z.J.,Qu S.C.,Zeng X.B.,Liu J.P.,Zhang C.S.,Tan F.R.,Jin L.,Wang Z.G.,J.Alloys Compd.,2009,482(1/2),203 207[14] Chang J.A.,Im S.H.,Lee Y.H.,Kim H.J.,Lim C.S.,Heo J.H.,Seok S.I.,Nano Lett.,2012,12(4),1863 1867[15] Im S.H.,Kim H.J.,Rhee J.H.,Lim C.S.,Seok S.I.,Energy Environ.Sci.,2011,4(8),2799 2802[16] Chang J.A.,Rhee J.H.,Im S.H.,Lee Y.H.,Kim H.J.,Seok S.I.,Nazeeruddin M.K.,Gratzel M.,Nano Lett.,2010,10(7),2609 2612[17] Liu C.P.,Wang H.E.,Ng T.W.,Chen Z.H.,Zhang W.F.,Yan C.,Tang Y.B.,Bello I.,Martinu L.,Zhang W.J.,Jha S.K.,Phys.Status Solidi B,2012,249(3),627 633[18] MouléA.J.,Chang L.L.,Thambidurai C.,Vidu R.,Stroeve P.,J.Mater.Chem.,2012,22(6),2351 2368[19] Ota J.,Srivastava S.K.,Cryst.Growth Des.,2007,7(2),343 347[20] Varghese J.,Barth S.,Keeney L.,Whatmore R.W.,Holmes J.D.,Nano Lett.,2012,12(2),868 872[21] Yu Y.,Wang R.H.,Chen Q.,Peng L.M.,J.Phys.Chem.B ,2006,110(27),13415 13419[22] Mo M.S.,Zhu Z.Y.,Yang X.G.,Liu X.Y.,Zhang S.Y.,Gao J.,Qian Y.T.,J.Cryst.Growth ,2003,256(3/4),377 382[23] Yang X.Y.,Zhong J.S.,Liu L.J.,Liang X.J.,Liu H.T.,Xiang W.D.,Mater.Chem.Phys.,2009,118(2/3),432 437[24] Ji T.H.,Liu G.R.,Qi X.Y.,Yang Q.L.,Deng Y.,Guo L.,Chin.Sci.Bull.,2006,51(6),655 660[25] Zhong J.S.,Xiang W.D.,Liu L.J.,Yang X.Y.,Cai W.,Zhang J.F.,Liang X.J.,Chem.J.Chinese Universities ,2010,31(7),1303 1308(钟家松,向卫东,刘丽君,杨昕宇,蔡文,张景峰,梁小娟.高等学校化学学报,2010,31(7),1303 1308)[26] Chen C.,Wang M.T.,Wang K.J.,J.Phys.Chem.C ,2009,113(4),1624 1631[27] Bi D.Q.,Wu F.,Yue W.J.,Guo Y.,Shen W.,Peng R.X.,Wu H.,Wang X.K.,Wang M.T.,J.Phys.Chem.C ,2010,114(32),13846 13852[28] Boix P.P.,Larramona G.,Jacob A.,Delatouche B.,Mora⁃SeróI.,Bisquert J.,J.Phys.Chem.C ,2012,116(1),1579 1587[29] Breeze A.,Schlesinger Z.,Carter S.,Brock P.,Phys.Rev.B ,2001,64(12),125205⁃1 125205⁃9[30] Wang Y.,Chen X.B.,Zhong Y.L.,Zhu F.R.,Loh K.P.,Appl.Phys.Lett.,2009,95(6),063302⁃1 063302⁃3[31] Sun M.,Chen G.D.,Zhang Y.K.,Wei Q.,Ma Z.M.,Du B.,Ind.Eng.Chem.Res.,2012,51(7),2897 2903[32] Zeng T.W.,Lin Y.Y.,Lo H.H.,Chen C.W.,Chen C.H.,Liou S.C.,Huang H.Y.,Su W.F.,Nanotechnology ,2006,17(21),5387 5392[33] Freitas J.N.,Grova I.R.,Akcelrud L.C.,Arici E.,Sariciftci N.S.,Nogueira A.F.,J.Mater.Chem.,2010,20(23),48454853[34] Hodes G.,J.Phys.Chem.C ,2008,112(46),17778 17787[35] Peng R.X.,Chen C.,Shen W.,Wang M.T.,Guo Y.,Geng H.W.,Acta Physica Sinica ,2009,58(9),6582 6589(彭瑞祥,陈冲,沈薇,王命泰,郭颖,耿宏伟.物理学报,2009,58(9),6582 6589)[36] Marsh R.A.,McNeill C.R.,Abrusci A.,Campbell A.R.,Friend R.H.,Nano Lett.,2008,8(5),1393 1398Synthesis of Sb 2S 3Nanowires and Their Application in Hybrid Solar CellsZHANG Hui,WU Fan,HAN Chang⁃Bao,SHEN Wei,CUI Qi,QIU Ze⁃Liang,LIU Chang⁃Wen,GAO Feng,WANG Ming⁃Tai *(Institute of Plasma Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Key Lab of Novel Thin Film Solar Cells ,Chinese Academy of Sciences ,Hefei 230031,China )Abstract High quality Sb 2S 3nanowires,which were 60 70nm in diameter and 4 6μm in length,were synthesized via a facile solvothermal approach by using L ⁃cysteine (C 3H 7NO 2S)as a capping agent,and applied to hybrid solar cells after blending with poly(2⁃methoxy⁃5⁃(2⁃ethylhexyloxy)⁃1,4⁃phenylenevinylene)(MEH⁃PPV).The as⁃synthesized nanowires were characterized by XRD,SEM,TEM,UV⁃Vis absorption and PL spectra;the solar cells were investigated by current⁃voltage(J⁃V )measurements and incident photon⁃to⁃current conversion efficiency(IPCE)spectroscopy.The highly pure Sb 2S 3nanowires have a bandgap of 1.57eV and grow along [001]direction.In comparison with the solar cells without Sb 2S 3nanowires,the MEH⁃PPV /Sb 2S 3devices exhibit a much higher J sc depending on the Sb 2S 3concentration and a certain wide spectral response characteristics due to complementary absorption of Sb 2S 3nanowires.With addition of the Sb 2S 3nanowires into the polymer phase,the MEH⁃PPV /Sb 2S 3interfaces are created for dissociation of the excitons generated in the polymer and the direct channels are formed for electron transport;on the other hand,the de⁃fects on the nanowire surface cause the serious charge recombination that is unfavorable for the photocurrent generation.At the Sb 2S 3/MEH⁃PPV mass ratio of 5∶1,the device with a power conversion efficiency of0.393%is achieved under AM 1.5illumination(100mW /cm 2).Keywords Sb 2S 3;Nanowires;Solar cell (Ed.:S ,Z ,M )7042 No.10 张 慧等:Sb 2S 3纳米丝的合成及杂化太阳电池研究。
适用于本科课程设计的染料敏化太阳电池实验研究摘要染料敏化太阳电池(染敏电池)是近年来科研热点之一。
针对本科课程设计而开设的染敏电池实验,有助于将高年级本科生推向学科前沿。
然而,在实际科研中,染敏电池实验具有工作电极制备步骤繁多、染料成本高昂和电池i-v性能测试设备昂贵等缺点,并不适合于本科课程设计之用。
本文分析了简化工作电极制备过程、使用天然染料和粗略测试电池i-v性能的可行性,设计了适用于本科生课程设计的染敏电池实验。
关键词课程设计;染料敏化太阳电池;可行性;设计中图分类号o59 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)23-0121-02自1991年瑞士科学家grätzel发表染料敏化太阳电池(染敏电池)能量转化效率取得突破性进展的工作以来,染敏电池得到了广泛深入的研究。
在实际的科研工作中,对电池高效率的追求决定了其制备过程复杂,原材料成本高昂;对电池性能的准确测试则决定了相关测试设备价格不菲。
染敏电池制备和性能测试的高门槛极大地限制了其在大学实验教学中的应用。
本文参考部分科研文章中使用的染敏电池制备和测试方法,结合笔者在染敏电池科研中的体会,分析了简化染敏电池工作电极制备过程、使用天然染料和粗略测试电池i-v性能的可行性,设计了适用于本科课程设计的染敏电池实验。
1 科研工作中染敏电池的制备和性能测试1.1 染敏电池工作电极制备科研工作中,为获得高效率的染敏电池,典型的工作电极制备步骤为:1)以异丙醇钛为前躯体在酸性条件下水解,生成二氧化钛胶体溶液;2)对生成的胶体溶液在250℃进行水热处理,保温12h,得到尺度为20~30nm的二氧化钛纳米粒子混合物;3)强力超声以分散混合物中的二氧化钛纳米粒子;4)通过旋转蒸发和离心分离,除去混合物中的酸和水分;5)将混合物和松油醇、乙基纤维素乙醇溶液充分混合,强力分散,低温下旋转蒸发除去乙醇,得到tio2醇体系浆料;6)将所得tio2醇体系浆料通过丝网印刷成膜,退火烧结,得到tio2多孔膜工作电极。
2024年太阳光模拟器市场需求分析引言太阳光模拟器是一种用于模拟太阳光照射的设备，广泛应用于太阳能电池、太阳能热水器、太阳能灯等领域。
随着太阳能产业的快速发展，太阳光模拟器市场需求也日益增加。
本文将对太阳光模拟器市场需求进行深入分析，以帮助相关企业了解市场趋势，制定合理的产品策略。
市场规模太阳光模拟器市场的规模在过去几年里持续增长。
根据市场调研数据显示，2019年全球太阳光模拟器市场规模达到XX亿美元，预计到2025年将达到XX亿美元。
这一增长主要得益于太阳能产业的蓬勃发展和对太阳光模拟器的需求不断增加。
市场驱动因素1. 太阳能产业发展太阳能作为一种清洁可再生能源，受到全球各国政府的支持和鼓励，太阳能产业得到快速发展。
太阳光模拟器作为太阳能设备的核心部件之一，市场需求与太阳能产业密切相关。
2. 太阳能设备研发和生产随着太阳能设备的研发和生产水平不断提高，对太阳光模拟器的需求也在增加。
越来越多的企业投入太阳能设备领域，需要使用太阳光模拟器进行产品测试和质量控制。
3. 太阳能设备市场竞争激烈太阳能设备市场竞争激烈，高质量的太阳光模拟器成为企业提高产品竞争力的重要手段之一。
因此，企业对太阳光模拟器的需求也在增加。
市场细分太阳光模拟器市场可以根据不同的应用领域进行细分。
目前主要的市场细分包括：1. 太阳能电池 2. 太阳能热水器 3. 太阳能灯 4. 其他太阳能设备市场前景1. 太阳能电池市场太阳能电池作为太阳能设备的核心组成部分，目前市场需求较大。
随着全球对可再生能源的重视度不断提高，太阳能电池市场有望继续保持快速增长。
2. 太阳能热水器市场太阳能热水器作为家用太阳能设备的典型代表，受到了广泛的关注和应用。
太阳光模拟器在太阳能热水器市场中的需求主要集中在产品研发和质量控制方面。
3. 太阳能灯市场太阳能灯是一种以太阳能发电为能源的照明设备，具有节能环保、安装便捷等优势。
随着对环境保护意识的增强和太阳能技术的进一步成熟，太阳能灯市场有望迎来更大的发展空间。
太阳光模拟器工作原理
太阳光模拟器是一种用于模拟太阳光辐射的设备，通常用于太阳能电池、太阳能热能装置等太阳能设备的性能测试和研究。
太阳光模拟器的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 光源选择：太阳光模拟器中需要选择适合的光源，一般使用氙灯、氘灯或者LED等作为替代太阳光的光源，这些光源的光谱和太阳光接近，能够模拟太阳的辐射特性。
2. 光束整形：光源发出的光束需要经过整形系统进行整形，使其成为平行光束或者聚焦光束，以便在后续的实验中使用。
3. 光谱匹配：太阳光模拟器通常会使用滤光片、反射镜等光学元件对光源的光谱进行调整，使其能够和太阳光的光谱特性相匹配。
4. 辐射强度控制：太阳光模拟器需要能够控制模拟太阳辐射的强度，通常通过调整光源的亮度、过滤器的透光率等方式来实现。
5. 光束分配和聚焦：模拟器通常会将光束分成多个并通过聚焦透镜进行聚焦，以便在实验过程中提供均匀的光照。
总的来说，太阳光模拟器通过选择合适的光源、调整光谱、控制辐射强度，以及进行光束整形、分配和聚焦等步骤，实现对
太阳光辐射特性的模拟，从而为太阳能设备的研究和性能测试提供了一个可控制的环境。
太阳模拟器（这是这段时间整理出来的，希望能够补充和加强大家对光衰的理解）标准地面阳光条件具有1000 w/m2的辐照度，AM1.5的太阳光谱以及足够好的均匀性和稳定性，这样的标准阳光在室外能找到的机会很少，而太阳电池又必须在这种条件下测量，因此，唯一的办法是用人造光源来模拟太阳光，即所谓太阳模拟器。
1.稳态太阳模拟器和脉冲式太阳模拟器稳态太阳模拟器是在工作时输出辐照度稳定不变的太阳模拟器，它的优点是能提供连续照射的标准太阳光，使测量工作能从容不迫的进行。
缺点是为了获得较大的辐照面积，它的光学系统，以及光源的供电系统非常庞大。
因此比较适合于制造小面积太阳模拟器。
脉冲太阳模拟器在工件时并不连续发光，只在很短的时间内（通常是毫秒量级以下）以脉冲形式发光。
其优点是瞬间功率可以很大，而平均功率却很小。
其缺点是由于测试工作在极短的时间内进行，因此数据采集系统相当复杂，在大面积太阳电池组件测量时，目前一般都采用脉冲式太阳模拟器，用计算机进行数据采集和处理。
2.太阳模拟器的光源及滤光装置用来装置太阳模拟器的光源通常有以下几种：卤光灯：简易型太阳模拟器常用卤光灯来装置。
但卤光灯的色温值在2300K左右，它的光谱和日光相差很远，红外线含量太多，紫外线含量太少。
作为廉价的太阳模拟器避免采用昂贵的滤光设备，通常用3cm厚的水膜来滤除一部分红外线，使它近红外区的光谱适当改善，但却无法补充过少的紫外线。
冷光灯：冷光灯是由卤钨灯和一种介质膜反射镜构成的组合装置。
这种反射镜对红外线几乎是透明的，而对其余光线却能起良好的反射作用。
因此经反射后红外线大大减弱而其它光线却成倍增加。
和卤钨灯相比，冷光灯的光谱有了大辐度的改善，而且避免了非常累赘的水膜滤光装置。
因此目前简易型太阳模拟器多数采用冷光灯。
为了使它的色温尽可能的提高些，和冷光罩配合的卤钨灯常设计成高色温，可达3400K，但使它的寿命大大缩短，额定寿命仅50小时。
因此需经常更换。
2024年最新科技产品推荐科技的发展日新月异，每年都会有众多令人瞩目的新产品问世。
在2024 年，这一趋势更是有增无减。
接下来，就让我为您推荐几款极具创新性和实用性的科技产品。
首先要提到的是一款名为“智能健康手环Pro”的产品。
这款手环不仅能够精准地监测您的心率、血压、睡眠质量等基本健康数据，还具备了先进的身体成分分析功能。
通过特殊的传感器和算法，它可以测量您的体脂率、肌肉量、骨密度等详细信息，并为您提供个性化的健康建议和运动计划。
对于经常需要外出的朋友来说，“超级便携太阳能充电器”绝对是一个不可或缺的好物。
它采用了最新的高效太阳能板技术，只要在有阳光的地方，就能迅速为您的电子设备充电。
而且，它的体积小巧轻便，易于携带，无论是放在背包里还是口袋中都毫无压力。
在家庭娱乐方面，“沉浸式虚拟现实游戏头盔”带来了全新的体验。
它拥有超高的分辨率和极低的延迟，能够让您完全沉浸在虚拟的游戏世界中。
同时，配套的体感设备能够精确捕捉您的动作，使您的游戏操作更加自然流畅。
无论是激烈的战斗游戏，还是充满冒险的解谜游戏，都能让您感受到前所未有的刺激和乐趣。
办公领域也有出色的新产品，那就是“智能语音办公助手”。
它能够理解您的语音指令，帮助您完成各种办公任务，如撰写邮件、安排日程、整理文件等。
而且，它还具备强大的语言翻译功能，能够实时翻译多种语言，让您在国际商务交流中毫无障碍。
“无线高清投影眼镜”也是一款令人惊艳的产品。
它可以将您的手机、电脑等设备的画面无线传输到眼镜上，并以高清的画质呈现出来。
这意味着您可以随时随地享受大屏幕的视觉体验，无论是在旅途中观看电影，还是在户外进行工作演示，都非常方便。
在交通出行方面，“电动飞行汽车”无疑是最引人注目的。
虽然目前还未完全普及，但已经展现出了巨大的潜力。
它结合了电动汽车的环保和飞机的便捷，能够在短距离内实现垂直起降，为城市交通带来了全新的解决方案。
摄影爱好者们一定会喜欢“超高清全景相机”。
国外主要激光器企业大全2014-12-04 ：焊接与切割联盟我要分享评论投稿订阅导读：IPG全球最大的光纤激光制造商，其生产的高效光纤激光器、光纤放大器以及拉曼激光的技术均走在世界的前端。
OFweek激光网讯：激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。
它的亮度约为太阳光的100亿倍。
随着激光技术的不断发展，激光应用已经渗透到科研、产业的各个方面，在汽车制造、航空航天、钢铁、金属加工、冶金、太阳能以及医疗设备等领域都起到重要作用。
我国激光加工产业五个发展阶段：1990~1993年横流CO2激光器的使用标志着我国研究成果走向实际应用；1994~1997年CO2激光设备应用于大量的打标和服装雕刻；1997~1999年，激光技术应用于手机电池焊接，从而带动了汽车零部件、小五金元器件的打标应用；2000~2004年，成套的大功率激光设备面市，应用于焊接、毛化、切割、调阻、打孔、模切等更广阔的领域；2004年至近期，大功率激光切割机、多种裁床、激光熔覆设备、激光直接成型机、用于微电子加工等领域的激光设备纷纷涌现。
虽然我国的激光加工产业相比上个世纪发生了日新月异的变化，近年来很多激光设备已经逐步实现国产化，但是依然还受到多方面技术不成熟的制约，还无法完全满足我国激光加工市场的广大市场需求。
激光设备的核心就是激光器，我国各大激光设备企业不断地加大技术开发投入，虽然已经取得了一定的成就，各种激光设备实现国产化，达到国际领先水平，但是在主力激光器，超大功率激光器依然依赖进口，以致激光设备价格大幅度上涨，制约了我国激光加工产业的发展，另一方面，国外不少的激光加工企业看准中国激光加工的广大市场前景，纷纷入驻我国的沿海城市，冲击我国激光加工产业，国际竞争国内化。
下面总结目前市场上应用于工业制造领域的激光器主要企业，以供想采购激光焊接、激光切割、激光打标等企业提供相应的参考！美国1.相干（Coherent）公司相干公司成立于1966年，是世界第一大激光器及相关光电子产品生产商，产品服务于科研、医疗、工业加工等多个行业；秉承40年的激光制造经验和创新精神，致力于提供一流的商业化激光器，促进科学研究不断进步、生产制造行业生产力和加工精度的不断提高；其全球化的销售、客户服务和技术支持网络更为客户提供全球范围内的合作和服务。
