光电化学电极设计构筑及性能研究

发布时间：2023-06-03 13:39

　　光电化学解水制氢是现今最具前景的新能源转换技术之一。然而迄今为止,光电化学电池的转换效率及寿命与实际商用要求相差甚远,研发具有高光谱吸收率、适宜能带位置且抗腐蚀的单一半导体材料已被证实非常困难。如何提升现有半导体材料光电化学电极的转换效率,同时保证光电化学电池的寿命是光解水制氢领域面临的挑战。本论文针对Ⅱ-Ⅵ族及Ⅲ-Ⅴ族半导体在光电化学电池中的应用,围绕界面工程策略,从光电极结构设计与光腐蚀防护的角度,实现了高效稳定的光电极设计与构筑;系统研究了光电极能带匹配、表面微结构设计等界面优化手段对光电极性能的增强机制;结合原子层沉积技术精确调控保护层结晶度,解决了腐蚀防护中电极转换效率与稳定性平衡的难题。本论文为进一步研发高效稳定光电化学电极提供了重要依据。围绕多层级纳米结构能带匹配的设计理念,构筑了 ZnO/CdS/ZnFe2O40D-1D混合维度复合结构光阳极,实现了光电极的高转换效率。光电极多层级纳米材料间阶梯状Type Ⅱ型能带结构促进了内部载流子的有效分离及输运,多层级纳米结构光吸收层设计构建,实现了光电极高光谱吸收率,在一个太阳光辐照0.2 V Vs.RHE下获得了高达4.43%...

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
    2.1 新能源与光电化学电池
        2.1.1 氢能源与光电化学解水概述
        2.1.2 光电化学电池原理
        2.1.3 光电化学电池的材料选择
    2.2 光电化学电池的转换效率
        2.2.1 影响光电极太阳能转换效率的因素
        2.2.2 光阳极转换效率提升策略
        2.2.3 光阴极转换效率提升策略
    2.3 光电化学电池的研究现状与突破
        2.3.1 Ⅲ-Ⅴ族等高效率光电化学电池研究
        2.3.2 光电化学电池稳定性研究
        2.3.3 光电化学串联电池
    2.4 本文研究目的、内容及方法
3 ZnO复合光阳极结构设计构筑及性能优化
    3.1 ZnO复合结构光阳极的构筑
        3.1.1 实验试剂及仪器设备
        3.1.2 ZnO复合结构光阳极的构筑工艺
    3.2 ZnO复合结构光阳极的表征
        3.2.1 ZnO复合结构光阳极的形貌结构表征
        3.2.2 ZnO复合结构光阳极的光吸收性能研究
    3.3 ZnO复合结构光阳极光电化学性能及机理分析
    3.4 小结
4 GaAs光阳极结构设计构筑及性能优化
    4.1 GaAs光阳极的构筑
        4.1.1 实验试剂及仪器设备
        4.1.2 GaAs光阳极的构筑工艺
    4.2 GaAs光阳极抗反射结构的表征
        4.2.1 GaAs光阳极抗反射结构的形貌结构表征
        4.2.2 GaAs光阳极抗反射结构的光吸收性能研究
    4.3 GaAs光阳极光电化学性能及机理分析
    4.4 小结
5 GaAs光阴极光腐蚀防护策略研究
    5.1 GaAs光阴极的构筑
        5.1.1 实验试剂及仪器设备
        5.1.2 GaAs光阴极的构筑工艺
    5.2 GaAs光阴极的表征
        5.2.1 GaAs光阴极的形貌结构表征
        5.2.2 GaAs光阴极的光吸收性能研究
    5.3 GaAs光阴极光腐蚀防护策略成效及机理分析
    5.4 小结
6 GaAs/TiO₂/Pt光电极结构设计构筑与光腐蚀防护性能研究
    6.1 GaAs/TiO₂/Pt光阴极的构筑
        6.1.1 实验试剂及仪器设备
        6.1.2 GaAs/TiO₂/Pt光阴极的构筑工艺
    6.2 GaAs/TiO₂/Pt光阴极的表征
        6.2.1 GaAs/TiO₂/Pt抗反射光阴极的形貌结构表征
        6.2.2 GaAs/TiO₂/Pt抗反射光阴极的光吸收性能研究
    6.3 GaAs/TiO₂/Pt抗反射光阴极光电化学性能及机理分析
    6.4 小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集



本文编号：3829441