纳米技术中心

科平州立大学自然科学系纳米技术中心参与了许多领域的创新工作，包括染料敏化太阳能电池研究、金纳米粒子工作和太赫兹光谱。2022卡塔尔世界杯晋级球队

染料敏化太阳能电池研究

首先，中心积极从事尖端染料敏化太阳能电池的研究。染料敏化太阳能电池是第三代太阳能电池，由简单的材料制成，通常更便宜，更环保。在这项研究中，不同的有机和合成染料被用来利用太阳能发电。纳米技术中心配备了最先进的仪器，如太阳模拟器、恒电位器和旋转涂布机，这些仪器对这一特殊类型的研究的推进至关重要。

为了提高太阳能电池的效率，已经开展了涉及不同染料敏化太阳能电池组件的不同项目。以下是一些例子:

天然染料敏化太阳能电池的制备、优化与表征

从石榴和浆果中提取的染料成功地用于天然染料敏化太阳能电池的制备。采用FESEM、EDS、TEM、AFM、FTIR、Raman、荧光光谱和吸收光谱等分析技术研究了石榴染料敏化光阳极的形貌、孔隙度、表面粗糙度、厚度、吸收和发射特性。石榴染料提取物已被证明含有花青素，这是一种很好的光收获色素，需要产生电荷载体生产电力。太阳能电池在效率、电压和电流方面的光伏性能是在空气质量1.5全局(AM 1.5 G)的标准照明下测试的，辐照度为100 mW/cm2。优化光阳极和对电极后，光电转换效率(η)为2%，为开路电压(挥发性有机化合物)为0.39 mV，短路电流密度(Isc)为12.2 mA/cm2。阻抗测定显示相对较低的电荷转移电阻(17.44 Ω)和较长的寿命，这意味着重组损失的减少。相对提高的效率部分归因于使用了高浓度的石榴染料，石墨对电极和TiCl4处理的光阳极。

近红外菁染料的光物理性质及其在染料敏化太阳能电池中的应用

合成了8种七甲氨酸菁染料，并对其在染料敏化太阳能电池中的应用进行了研究。这些染料的光物理性质揭示了它们的结构在光学性质上的差异。菁染料敏化太阳能电池的性能与菁染料的光物理性质一致。

卟啉基染料敏化太阳能电池的光物理、电化学和光伏性能

摘要

卟啉存在于许多重要的生物分子中，也被合成用于化学和生物传感器的探针组件。研究了两种不同卟啉染料的染料敏化太阳能电池的性能。这两种卟啉配合物由无金属的5,10,15,20 -介四-(9h -2-芴基)卟啉(H2TFP)及其锌配合物(ZnTFP)组成。对两种染料进行了紫外-可见、荧光和傅里叶变换红外测量，以评价它们的吸收、发射和结合特性。两种染料都能吸收紫外可见区域的光，一直到近红外光。利用场发射扫描电子显微镜成像和透射电子显微镜成像对卟啉染料敏化光阳极的表面形貌和元素分析进行了研究。研究了循环伏安法、电流-电压特性和电化学阻抗谱。H2TFP染料敏化太阳能电池的太阳能转电效率(0.11%)高于锌配合物(0.08%)。因此，在类似的条件下，无金属卟啉比锌配合物产生更多的能量。阻抗测量还显示出较少的总电阻自由卟啉(50 Ω)相比锌配合物(130 Ω)。 The LUMO levels of H2TFP and ZnTFP sensitizers were −0.87 eV and −0.77 eV respectively. Both of these LUMO values are higher than the lower bound level of the conduction band of TiO2 (−4.0 eV), ensuring the efficient injection of an electron from the excited porphyrin dye to the conduction band of the titanium dioxide.

用于染料敏化太阳能电池的N,N′-双(水杨二烯)乙二胺自由铜(II)配合物的合成与表征

摘要

染料敏化太阳能电池是一种很有前途的太阳能转化为电能的方法。在目前的工作中，自由N,N'-双(水杨酸烯)乙二胺及其铜(II)配合物被合成，表征，并研究用于染料敏化太阳能电池制造中的染料敏化剂。用紫外-可见、稳态荧光、荧光寿命、热重分析、差示扫描量热法和循环伏安法对染料进行了表征。对配体和配体铜配合物的热重分析证明了铜离子对配体配合物的稳定作用。此外，铜离子被证明可以稳定结构，这从分解事件的推断起始温度增加150℃得到证明。铜的存在进一步稳定了配体铜配合物，这是由热重分析结束时残留的6.34%确定的，而在相同条件下，不含铜的配体的残留为0%。测定了电池的电流-电压特性和电化学阻抗。使用N,N’-双(水杨二烯)乙二胺染料制备的太阳能电池器件的光伏性能被发现略优于用铜配合物生产的太阳能电池器件。配体基染料敏化太阳能电池的太阳能发电效率为0.14%，铜配合物的太阳能发电效率为0.12%。虽然电池效率的差异很小，但很明显，铜插入配体中并没有提高太阳能电池的性能。 The photocurrent-photovoltage results are consistent with the absorption spectra that showed a more prominent band for the ligand. The free hydroxyl groups, present in the ligand but absent from the copper complex owing to their coordination with the copper metal, could be responsible for the difference in the performance of the devices. The hydroxyl groups get attached to the TiO2 and facilitate the transfer of electrons.

钌基染料敏化剂制备的染料敏化太阳能电池性能比较:二四丁基铵顺-双(异硫氰酸酯)双(2,2 ' -联吡啶-4,4 ' -二羧酸)钌(II) (N719)和三(联吡啶)氯化钌(II) (Rubpy)

对两种钌基染料的光伏性能进行了测试和比较，以评估锚定基团对染料敏化太阳能电池电流电压特性的影响。两种染料中的一种，二四丁基铵顺-双(异硫氰酸酯)双(2,2 ' -联吡啶-4,4 ' -二羧酸)钌(II)， (N719)有一个锚定基团，另一种，三(联吡啶)氯化钌(II) (Rubpy)，没有锚定基团。与Rubpy相比，N719的效率更高。通过密度泛函计算验证了计算结果。

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太赫兹研究

太赫兹辐射，也被称为“太赫兹间隙”，是夹在电磁频谱的远红外和微波区域之间的频段(~0.1太赫兹到~ 10太赫兹)。当太赫兹辐射与不同类型的材料相互作用时，会产生各种共振，产生辐射与材料之间特定相互作用的信号特征。直到最近，太赫兹技术由于难以获取、操纵和探测辐射而很少受到关注。在过去的几十年里，技术的新进步为产生和探测太赫兹辐射的高效和低成本的方法打开了大门。太赫兹光谱是拉曼光谱和红外光谱等技术的补充。辐射是不可见的、低能量的、非电离的、非侵入性的，对许多物质都是相对透明的，除了金属和液态水。这些特性使其安全，适合用于无数的应用，包括分析其原生状态的生物结构。目前太赫兹的应用包括光谱分析、成像、材料表征、药品分析、隐蔽武器检测、疾病检测和产品的一般检查。

染料敏化太阳能电池(DSSC)太赫兹技术研究

另一项前沿研究工作涉及使用太赫兹辐射来表征各种材料，其中主要是半导体器件。太赫兹辐射位于电磁波谱中红外和微波之间的区域。直到最近，由于缺乏产生和探测太赫兹辐射的源，涉及太赫兹辐射的研究一直很少。最近太赫兹产生和探测源的发现刺激了这一研究领域的创新工作。太赫兹有可能用于生物分析，也有可能用于机场和其他受限制地点的安全检查，因为与x射线相比，太赫兹能够在非电离的情况下生成图像，危害更小。我们已经使用太赫兹辐射来表征半导体材料和染料敏化太阳能电池的光阳极组件。

太赫兹技术研究与金纳米颗粒研究

在这项工作中，我们正在研究使用太赫兹多光谱重建成像技术来测量单个金纳米颗粒的大小，并相应地测量给定金纳米颗粒中单位细胞的数量。采用太赫兹多光谱重建成像技术测量了单个金纳米颗粒的直径，并进一步测量了给定金纳米颗粒中单位细胞和金原子的数量。在实验误差范围内，通过太赫兹成像确定的尺寸与通过透射电子显微镜确定的尺寸相当。太赫兹辐射是非电离的，太赫兹成像仪器比电子显微镜更便宜。

储能技术及其在交通运输中的应用

“太阳能轻轨”是一种100%可再生能源轻轨系统的电力供应方法。通过原型模型实验验证了所提供电方法的有效性。

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还原氧化石墨烯的合成、表征及其在染料敏化太阳能电池中的应用

还原氧化石墨烯具有某些独特的特性，使其适用于无数应用。与氧化石墨烯不同，还原氧化石墨烯是一种导电材料，非常适合用于太阳能电池设备等导电材料。在本研究中，我们报道了氧化石墨烯的合成，以及用还原氧化石墨烯和二氧化钛的汞齐光阳极制备和表征染料敏化太阳能电池。用紫外-可见、傅里叶变换红外(FTIR)和拉曼光谱对合成的还原氧化石墨烯和光阳极进行了表征。使用原子力显微镜、场发射扫描电镜、透射电镜和能量色散x射线能谱对样品的形态进行了评估。通过对太阳能电池光电流和光电压的测量，确定了太阳能电池的光伏特性。两组器件的电阻抗也进行了评估。总的来说，还原氧化石墨烯的太阳能转换电能效率(2.02%)高于未还原氧化石墨烯的样品(1.61%)。

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模拟多结太阳能电池

光伏技术是一种重要的替代能源。科平州立大学的研究人员已经成功2022卡塔尔世界杯晋级球队地利用多结设计来模拟高效太阳能电池。

纳米技术中心的研究工作产生了最高效的模拟多结太阳能电池

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金纳米颗粒研究

该中心还参与了纳米颗粒的研究。该中心开发了用于金纳米颗粒尺寸分析的新方法。金纳米颗粒也被合成并用于能量转移研究。纳米颗粒的另一项创新工作涉及将其用作心脏病和癌症成像研究的造影剂。这些金纳米颗粒也分别与MRI造影剂(如钆螯合物)和荧光团(如吲哚菁绿)结合，用于MRI和荧光成像。中心拥有先进的透射电子显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、吸收发射分光光度计等仪器设备。

量子点共轭金纳米颗粒的太赫兹光谱研究

金属纳米粒子和半导体纳米材料的复合结构具有独特的性能，使其成为各种应用的候选材料。这些杂化结构的性能在很大程度上取决于设计和用于生产它们的特定材料。在这里，我们介绍了CdSeS/ZnS量子点-金纳米颗粒杂化物(QD-GNP)的合成和表征，以及它们与太赫兹辐射相互作用的研究。采用紫外可见光谱(UV-vis)、动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)、荧光光谱(Fluorescence spectroscopy)和光致发光寿命(Light - luminescence Lifetime)等方法对制备的QD-GNPs进行了表征。金纳米粒子的最大吸收波长为520 nm，量子点的最大吸收波长为609 nm。杂化溶液的峰吸收带在520 nm左右。透射电镜成像显示了量子点和金纳米颗粒的表面形态特征。量子点与金纳米粒子偶联后，观察到强烈的光致发光猝灭。观察到的自由量子点和混合量子点- gnp寿命的差异表明量子点与金纳米颗粒之间的键合。光量子点的寿命为3.57 ns，量子点- gnp的寿命为1.05 ns，量子点- gnp的寿命为15.09 ns，量子点- gnp的寿命为8.30 ns。 Unique features were observed on the terahertz spectra of the composite structures in comparison with that of the either the QD or the GNP