1、光電化學原理Egn型導帶價帶最低空軌道最高被占有軌道N型半導體的少數載流子是空穴，P型半導體的少數載流子是電子。對光電效應或光電化學反應起作用的是少數載流子。電子能量電勢各種半導體在各種半導體在pH = 7的水溶液中導帶與價帶的位置的水溶液中導帶與價帶的位置-1.00.01.02.03.03.6 eVZnSTiO2CdSCdTeCdSeSiWO3MoS3.2 eV2.4 eV1.4 eV1.1 eV2.8 eV1.75 eV1.7 eVH+/H2O2/H2OE (V vs. SHE)半導體光電極的選擇l采用與太陽能光譜相匹配的半導體lEg為1.11.5 eV, 如Si, GaAs, InP,

2、CdTel與溶液的O/R電對相匹配l半導體在電解質溶液中具有良好的化學和電化學穩定性N型半導體與溶液的界面+ + + +- - - - -+redox+ + +redox- -+-+ + + + +redox- - - -+-Vp接觸前接觸后光照后光電化學電池的主要類型光伏電池 p-MoS2/Fe 2+/3+/Pt， G = 0色素敏化光伏電池 n-TiO2/色素/I2+I-/金屬, G = 0光電化學合成電池 n-TiO2/水溶液/Pt, G 0 2H2O = 2H2 +O2光催化電池， G 0, 光照加速反應電化學光伏電池原理示意圖電化學光伏電池原理示意圖P-MoS2e-e-+ +hrFe

3、3+Fe2+Fe2+Fe3+Pt染料敏化光伏電池原理示意圖染料敏化光伏電池原理示意圖hre-e-e-+I-1/2I2e-e-染料敏化光伏電池工作原理染料敏化光伏電池工作原理染料敏化太陽能電池的染料敏化太陽能電池的性能表征性能表征: I-V曲線曲線 短路光電流短路光電流 (Isc) 開路光電壓開路光電壓 (Voc) 填充因子填充因子(FF): (Iopt Vopt) / (Isc Voc) 總光電轉換效率：總光電轉換效率：= Iopt Vopt / PinVocIscSmaxVoptIopt敏化染料必須符合以下條件：敏化染料必須符合以下條件：u 與TiO2納米晶半導體電極表面良好結合；u 在可見

4、光區有較強的，盡可能寬的吸收帶；u 染料的氧化態和激發態穩定性高；u 激發態壽命長，具有很高的電荷傳輸效率；u 有適當的氧化還原電勢保證激發態電子注入TiO2；u 染料分子含有大鍵能提高電子傳輸能力。染料目前的主要分類：染料目前的主要分類： 釕多吡啶有機金屬配合物 酞菁和菁類系列染料 天然染料 固體染料（在TiO2納米薄膜上鍍一層窄禁帶半導體膜，如：InAs , PbS） N3染料 Z-907釕多吡啶有機金屬配合物釕多吡啶有機金屬配合物氧化還原性能可逆，氧化態穩定性好；目前最高的光電轉化效率，單色光近100%酞菁和菁類系列染料酞菁和菁類系列染料ZnTcPc四個異吲哚結合形成十六環共軛體，中心金

5、屬原子可為：Zn, Cu, Fe, Ti, Co等，合成過程復雜，副反應多，制備困難天然染料天然染料葉綠素，花青素 等Cu葉綠素敏化納米晶TiO2膜在630nm處，能達到10%光電轉換效率，用它制作的太陽能總的轉換效率為2.6%。固體染料固體染料在TiO2納米薄膜上鍍一層窄禁帶半導體膜，如：InAs , PbS，形成多結敏化染料，再利用固體電解質組成全固態電池。存在嚴重的光腐蝕，此種染料處于理論研究階段。其它新型染料敏化復合結構其它新型染料敏化復合結構復合物組裝技術復合物組裝技術不同結構狀態的光吸收譜不同結構狀態的光吸收譜光電合成電池光解水制氫e-e-2H2OO2e-Pt+ +2.5 V vs. SCE0.96 VH+H2TiO2Pt由于由于TiO2的禁帶寬度過大，只能吸收的禁帶寬度過大，只能吸收380nm以下占太陽以下占太陽光能光能4%的紫外光，氮摻雜的的紫外光，氮摻雜的TiO2-xNx能吸收能吸收400-500nm的可見光。已研究復合固溶體的可見光。已研究復合固溶體Rh/SrTiO3、Y0.5Bi0.5VO4等氧化物半導體材料。采用新型半導體等氧化物半導體材料。采用新型半導體Mo-doped BiVO4，轉換效率已經大于，轉換效率已經大于4%。新研究方向：新研究方向：l 用海水得到氯氣和氫用海水得到氯氣和氫l H2O+CO2 CH4ZnGa2O4TiO2的殺菌作用