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光电转换材料

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碳纳米管/半导体纳米复合材料的光电化学特性及其应用 光电转换材料 (photoelectric conversion material) 是指通过光生伏打效应将太阳能转换为电能的材料。主要用于制作太阳能电池。太阳是一个巨大的能源库,地球上一年中接收到的太阳能高达1.8×1018 千瓦时。研究和发展光电转换材料的目的是为了利用太阳能。光电转换材料的工作原理是:将相同的材料或两种不同的半导体材料做成PN 结电池结构,当太阳光照射到PN 结电池结构材料表面时,通过PN 结将太阳能转换为电能。太阳能电池对光电转换材料的要求是转换效率高、能制成大面积的器件,以便更好地吸收太阳光。已使用的光电转换材料以单晶硅、多晶硅和非晶硅为主。用单晶硅制作的太阳能电池,转换效率高达20%,但其成本高,主要用于空间技术。多晶硅薄片制成的太阳能电池,虽然光电转换效率不高(约 10%),但价格低廉,已获得大量应用。此外,化合物半导体材料、非晶硅薄膜作为光电转换材料,也得到研究和应用。 1简介 光电化学过程是在光作用下的电化学过程,它是光伏电池,光电催化等实际应用的基础,是当前十分活跃的研究领域。碳纳米管具有很高的热稳定性,良好的导电能力,大的比表面积,被认为是半导体纳米粒子的有效载体,其独特的一维结构可以为电子提供有效的传输路径。碳纳米管与半导体材料复合,能实现碳纳米管和半导体在结构和性能上的协同,近年来在光电化学领域受到了广泛的关注。本文基于国内外最新研究进展,结合本课题组的研究成果,综述了碳纳米管/ 半导体复合材料的光电协同作用机理及其在太阳能电池、光电催化降解污染物、光电协同分解水制氢领域中的应用 光电化学过程是在光作用下的电化学过程,即分子、离子及固体等因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。在很长时间里,光电化学的研究对象主要是溶液中光激发粒子在金属电极上的反应。1991 年瑞士科学家O'Regan 在Nature 上报道了染料敏化半导体纳米结构电极实现了较高的光电转化效率。继这一开创性的工作后,基于半导体纳米材料的光电化学成为研究的热点。另一方面,自从日本科学家Iijima 制得碳纳米管( carbon nanotubes ’CNTs) 以来,由于其独特的一维结构、大的比表面积( > 150m2·g -1 ) 、超强的机械性能、高的热稳定性以及良好的导电能力( 功函数为4. 18eV,是电子的良好受体) 引起了人们对碳纳米管的极大兴趣,大量的研究工作由最初的制备、结构和性能表征发展为目前...

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