光電化學(xué)解水制氫是現(xiàn)今最具前景的新能源轉(zhuǎn)換技術(shù)之一。然而迄今為止,光電化學(xué)電池的轉(zhuǎn)換效率及壽命與實際商用要求相差甚遠(yuǎn),研發(fā)具有高光譜吸收率、適宜能帶位置且抗腐蝕的單一半導(dǎo)體材料已被證實非常困難。如何提升現(xiàn)有半導(dǎo)體材料光電化學(xué)電極的轉(zhuǎn)換效率,同時保證光電化學(xué)電池的壽命是光解水制氫領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。本論文針對Ⅱ-Ⅵ族及Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體在光電化學(xué)電池中的應(yīng)用,圍繞界面工程策略,從光電極結(jié)構(gòu)設(shè)計與光腐蝕防護(hù)的角度,實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的光電極設(shè)計與構(gòu)筑;系統(tǒng)研究了光電極能帶匹配、表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計等界面優(yōu)化手段對光電極性能的增強(qiáng)機(jī)制;結(jié)合原子層沉積技術(shù)精確調(diào)控保護(hù)層結(jié)晶度,解決了腐蝕防護(hù)中電極轉(zhuǎn)換效率與穩(wěn)定性平衡的難題。本論文為進(jìn)一步研發(fā)高效穩(wěn)定光電化學(xué)電極提供了重要依據(jù)。圍繞多層級納米結(jié)構(gòu)能帶匹配的設(shè)計理念,構(gòu)筑了 ZnO/CdS/ZnFe2O40D-1D混合維度復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極,實現(xiàn)了光電極的高轉(zhuǎn)換效率。光電極多層級納米材料間階梯狀Type Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)促進(jìn)了內(nèi)部載流子的有效分離及輸運(yùn),多層級納米結(jié)構(gòu)光吸收層設(shè)計構(gòu)建,實現(xiàn)了光電極高光譜吸收率,在一個太陽光輻照0.2 V Vs.RHE下獲得了高達(dá)4.43%...

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 新能源與光電化學(xué)電池
        2.1.1 氫能源與光電化學(xué)解水概述
        2.1.2 光電化學(xué)電池原理
        2.1.3 光電化學(xué)電池的材料選擇
    2.2 光電化學(xué)電池的轉(zhuǎn)換效率
        2.2.1 影響光電極太陽能轉(zhuǎn)換效率的因素
        2.2.2 光陽極轉(zhuǎn)換效率提升策略
        2.2.3 光陰極轉(zhuǎn)換效率提升策略
    2.3 光電化學(xué)電池的研究現(xiàn)狀與突破
        2.3.1 Ⅲ-Ⅴ族等高效率光電化學(xué)電池研究
        2.3.2 光電化學(xué)電池穩(wěn)定性研究
        2.3.3 光電化學(xué)串聯(lián)電池
    2.4 本文研究目的、內(nèi)容及方法
3 ZnO復(fù)合光陽極結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)筑及性能優(yōu)化
    3.1 ZnO復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極的構(gòu)筑
        3.1.1 實驗試劑及儀器設(shè)備
        3.1.2 ZnO復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極的構(gòu)筑工藝
    3.2 ZnO復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極的表征
        3.2.1 ZnO復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極的形貌結(jié)構(gòu)表征
        3.2.2 ZnO復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極的光吸收性能研究
    3.3 ZnO復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極光電化學(xué)性能及機(jī)理分析
    3.4 小結(jié)
4 GaAs光陽極結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)筑及性能優(yōu)化
    4.1 GaAs光陽極的構(gòu)筑
        4.1.1 實驗試劑及儀器設(shè)備
        4.1.2 GaAs光陽極的構(gòu)筑工藝
    4.2 GaAs光陽極抗反射結(jié)構(gòu)的表征
        4.2.1 GaAs光陽極抗反射結(jié)構(gòu)的形貌結(jié)構(gòu)表征
        4.2.2 GaAs光陽極抗反射結(jié)構(gòu)的光吸收性能研究
    4.3 GaAs光陽極光電化學(xué)性能及機(jī)理分析
    4.4 小結(jié)
5 GaAs光陰極光腐蝕防護(hù)策略研究
    5.1 GaAs光陰極的構(gòu)筑
        5.1.1 實驗試劑及儀器設(shè)備
        5.1.2 GaAs光陰極的構(gòu)筑工藝
    5.2 GaAs光陰極的表征
        5.2.1 GaAs光陰極的形貌結(jié)構(gòu)表征
        5.2.2 GaAs光陰極的光吸收性能研究
    5.3 GaAs光陰極光腐蝕防護(hù)策略成效及機(jī)理分析
    5.4 小結(jié)
6 GaAs/TiO₂/Pt光電極結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)筑與光腐蝕防護(hù)性能研究
    6.1 GaAs/TiO₂/Pt光陰極的構(gòu)筑
        6.1.1 實驗試劑及儀器設(shè)備
        6.1.2 GaAs/TiO₂/Pt光陰極的構(gòu)筑工藝
    6.2 GaAs/TiO₂/Pt光陰極的表征
        6.2.1 GaAs/TiO₂/Pt抗反射光陰極的形貌結(jié)構(gòu)表征
        6.2.2 GaAs/TiO₂/Pt抗反射光陰極的光吸收性能研究
    6.3 GaAs/TiO₂/Pt抗反射光陰極光電化學(xué)性能及機(jī)理分析
    6.4 小結(jié)
7 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3829441