敏化技术

敏化技术（精选8篇）

敏化技术 篇1

一、乳化炸药敏化的目的及引入气泡的方法

常温下很难用雷管引爆密度较高的乳胶, 敏化技术就是通过各种方式给乳化炸药基质引进微小气泡, 并使气泡按照一定的大小及数量均匀分布, 在一定时间周期内保持必要的稳定性, 防止气泡的集聚和逃逸。按照炸药起爆的灼热核理论, 乳化炸药里均匀分布的微小气泡, 在外界起爆能的强力作用下被绝热压缩并经过能量转换和传递, 从而激发乳化炸药爆炸。

乳化炸药必须含有气泡以使该炸药具有较好的爆轰感度。通常引入气泡有两种:物理敏化、化学敏化。另外还可以用炸药作为敏化剂, 其中物理敏化包含机械充气和气泡载体两种方法。

二、药剂敏化法

药剂敏化法是用猛炸药和敏感成分使乳化炸药的感度提高, 其大致分为两类:添加猛炸药和添加敏感成分。可以添加猛炸药的药剂敏化法, 一般是利用常用的类似TNT、RDX、PETN等单质炸药。添加单质炸药后的乳化炸药起爆感度和稳定性都很好, 最主要是加工工艺也相对简便。单质炸药自身也有缺陷, 单质炸药感度高, 给生产和运输带来了极大的隐患;单质炸药的价格都比较高, 也使得炸药成本相应增高, 另外单只炸药跟爆炸物的威力相同, 可以直接对人产生危害, 对地下水也会造成污染, 并且爆炸的时候会产生有毒气体, 这也是一个不能适用于工业炸药的一个重要原因。

添加敏感成分的药剂敏化法一般选用碱金属、碱土金属或氨的氯酸盐作为敏感成分。一定程度上, 这个方法可以对炸药起到敏化作用, 不过这个方法也有缺陷, 缺陷在于所使用的氯酸盐和高氯酸盐都有较高的感度, 这样的话对于乳化炸药的生产是一个很大隐患, 所以政府在很早时候就明文禁止氯酸盐、高氯酸盐这些物质在制作乳化炸药的时候使用。

三、物理敏化法

物理敏化包含机械充气和气泡载体两种方法。对于气泡载体的基本要求是:比较低的容重, 合适的粒度和相应好的耐油稳定性。与吸溜气体和化学发泡法相比, 这种方法敏化的乳化炸药能承受相应高的外界压力, 而不致钝感, 因此, 空心玻璃微球或树脂空心微球、珍珠岩颗粒在早期的乳化炸药中是一类非常有效的密度调节剂。

(1) 、利用空心玻璃球的敏化方法

空心微珠是封闭的球体, 因为其表面经过特殊处理, 所以能够稳定保持一定的气体在基质里边, 其导热点较低、质地比较轻, 而且它的强度很好而且化学稳定性也很好, 其具备亲油、憎水性能, 易分散于乳胶基质中不太受外界的影响。所以把它作为乳化炸药的敏化剂是再合适不过了。但是其成本太高也制约了其使用的广泛程度。

(2) 、采用膨胀珍珠岩的敏化方法

膨胀珍珠岩是由酸性火山玻璃质熔岩经破碎, 预热焙烧而成的一种白色多孔性, 颗粒状松散物料。膨胀珍珠岩夹带气泡敏化受外界影响小, 产品质量稳定;加入后药体硬度大, 成形好, 易装药;敏化气泡抗压性能好, 杜绝了炮孔较深时产生的拒爆、爆后燃烧等现象, 所以他的应用范围也比较广。但是珍珠岩自身体积大, 易吸潮、破碎、运输、保存费用大;对环境有粉尘污染, 对操作者身体有危害;原材料成本比化学敏化高等缺点。

衡量珍珠岩质量的重要参数是堆积密度, 与珍珠岩的组分和粒度有关。随着珍珠岩堆积密度的增加, 它的有效利用率、炸药的猛度、爆速和殉爆距离都有所增大, 膨胀珍珠岩敏化乳化炸药贮存性能测试结果见1

(3) 、机械充气法

机械充气法通常是指在乳化炸药混制的过程中, 通过机械搅拌或者其他方法将空气、氮气、二氧化碳、氧化亚氮、气态碳氢化合物等截留于乳化炸药中, 形成均匀分布的微小气泡。

这一方法的中乳化炸药的气泡是在不断搅拌下形成的。由于气泡微小, 分布均匀而且数量多, 所以在外界作用下可以形成高质量的微小灼热点, 有效的提高重启乳化炸药的爆轰感度, 让炸药的爆炸威力可以充分的发挥出来。但这个方法对于乳化基质的要求高, 因为外相粘度小、熔点低, 其油膜强度低, 难以阻止过饱和氧化剂盐类的凝聚, 而且在搅拌过程中搅拌浆叶的的频繁冲击下, 乳胶粒子会受到不同程度的损伤和破坏, 所以这样的炸药稳定性差, 还不易于储存。

四、利用化学发泡剂发泡的气泡敏化法

目前, 我国乳化炸药化学发泡为无机和有机两大类, 主要为以亚硝酸钠和H发泡剂的两种方法。

化学发泡从其发泡机理来看有两类:第一类是化学分解, 利用酸性条件下能分解产生气体的物质来发泡, 如一些有机发泡剂 (偶氮化合物, 肼类化合物, 亚硝基化合物, 脲基化合物等) 。众所周知乳化基质水相是弱酸性物质, 其PH值一般在4-5之间, 这是此类发泡剂分解条件之一, 另一个条件是温度。第二类是利用发泡剂与炸药中发泡促进剂的酸性物发生反应, 产生气泡。最常用的发泡剂是无机亚硝酸盐, 它能在酸性条件下反应生产氮气, 并可以使用促进剂如无机酸、碘化物、或氮基硫酸盐, 以便加速亚硝酸盐发泡剂的反应中也同时被消耗。这种方法的好处就是发泡剂的效果很好, 问题在于发泡剂和乳胶基质不太容易混合, 所以容易产生的问题是气泡速度低。

乳化炸药贮存性能测试结果见表2。

五、复合敏化法

市场对产品性能好、生产成本又低、工艺简单的乳化炸药产品有迫切的需求。但是实际生产中, 各种敏化方法制成的乳化炸药性能各不相同:化学发泡敏化的产品爆炸性能好, 但药态软、受温度变化大、操作过程中难以控制而且存在后效;膨胀珍珠岩敏化的产品虽然药态较好, 但是爆炸性能偏低, 生产过程中粉尘较大、环境比较差, 且成本较高。所以只有克服了前两种单一敏化法的弊端, 才能使乳化炸药的性能大大提高。表三为我公司利用的复合敏化工艺生产的试验产品, 其中化学发泡剂加量为0.28%促进剂加入量为0.25%。珍珠岩加入量为0.6-0.8%。从测试结果来看复合敏化 (膨胀珍珠岩+化学发泡剂) 后, 乳化炸药贮存稳定性更优, 产品质量稳定, 药态更加适合用户要求。

六、不同敏化技术对乳化炸药产品性能的响分析

6.1、膨胀珍珠岩敏化对炸药性能的影响分析

(1) 膨胀珍珠岩粒度组成的影响

珍珠岩在焙烧膨胀之后形成的颗粒的大小就是膨胀珍珠岩粒度, 膨胀珍珠岩粒度是衡量珍珠岩的质量的主要技术参数。重量相同颗粒度不同的膨胀珍珠岩对炸药的爆轰性能也是会产生影响的。

(2) 珍珠岩容重的影响

衡量膨胀珍珠岩的另一个主要技术参数是容重, 也叫堆积密度, 它与其材质和本身的粒度分布都有关系。珍珠岩的粒度组成相同情况下, 如果其容量大, 它的爆轰性能和利用率也可以更好。但是受生产条件的限制, 我们国家的膨胀珍珠岩容重如果太大会减少膨胀珍珠岩颗粒中的有效气泡, 从而会影响炸药性能稳定性, 并且不利用长期储存;如果容量太小了呢, 混合掺杂的时候抗破碎能力差, 敏化质量也不稳定。

(3) 乳胶基质温度的影响

对乳化炸药产品的性能产生影响较大的还有在珍珠岩混拌的时候乳胶基质的温度, 这都是因为温度对乳胶体流变性的影响比较大, 胶体在温度低的时候变稠、变硬, 不容易掺混, 并且影响利用率、爆轰性能及贮存期;相反的, 乳胶基质在温度太高的时候油膜还不太稳定, 胶体掺入珍珠岩颗粒内便使其丧失敏化作用, 所以最适宜的温度是 (55±5) ℃。

6.2、化学发泡剂敏化对炸药性能的影响分析

(1) 乳胶体的液膜强度和温度的影响

液膜强度的高低直接对敏化气泡的稳定性产生影响, 而液膜强度又受乳化炸药w/0型乳化液的外相强度决定, 那么想要使气泡破灭的自发行为减缓可以选择高强度的油相材料, 还可以选择一定程度降低敏化工艺温度。

(2) 发泡剂加入量的影响

众所周知, 生成气泡的量由发泡剂的的量决定, 助剂的量影响除了影响生成气泡的大小之外还决定生产气泡的速度, 炸药的敏化密度是受气泡量和大小影响。公司在SGR生产线上对乳化炸药敏化剂A、B剂加入量进行工艺试验, 表4为试验方案, 表5为试验结果。结果表明乳化炸药的爆炸性能不论发泡剂加入的量是多或者少都会受到影响而下降, 方案三生产的产品爆炸性能最佳。 (如表4)

结语

不同的敏化工艺都是优点和缺点并存的, 但是他们的目的都是相同的, 都是为了适用不同的制备乳化炸药工艺的需求, 装药设备在敏化工艺应用的选择中起到关键性作用:运用化学敏化工艺的前期是间断的生产工艺, 因此装药的温度相对比较低, 所以化学敏化工艺还可以适应。近些年来, 运用连续化生产工艺后, 敏化温度和装药温度明显上升, 为了达到质量要求, 很多厂都使用珍珠岩物理敏化工艺, 但是单一的物理敏化工艺生产的炸药成本高、污染大、爆炸性能偏低而且珍珠岩硬度大导致装药机易磨损。所以, 现在占据主导地位的是物理化学复合敏化工艺。

参考文献

[1]汪旭光.乳化炸药【M].2版.北京:冶金工业出版社, 2008.

[2]吕春绪.工业炸药理论[M].北京:兵器工业出版社, 2003.

[3]孟自力.空心玻璃微珠在乳化炸药中的应用[J】.爆破器材, 1999, 28 (4) :16.

[4]杨卫东.乳化炸药敏化方法及应用研究[J].煤矿爆破, 2009, 85 (2) :6—9.

敏化技术 篇2

染料敏化太阳能电池是一种模仿光合作用原理的太阳能电池，主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂和导电基底等几部分组成。其因原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在规模化工业生产中具有较大优势，对保护人类环境具有重要意义。

1991年，瑞士洛桑理工大学教授格兰泽尔在染料敏化太阳能电池领域取得重大突破，成功研制出可利用水直接生产氢气的太阳能电池。此后科学家们一直致力于研究低成本、高转换率且能规模化生产的染料敏化太阳能电池。

通常研究人员多采用氧化钛、氧化锡和氧化锌等金属氧化物作为纳米多孔半导体薄膜，西沃拉研究小组所遵循的基本原理与格兰泽尔相同，但采用氧化铁作为半导体材料。其研制的设备是一种完全自备式控制，设备所产生的电子用于分解水分子，并将其重新组成为氧气和氢气。该研究小组人员利用光电化学技术致力于解决困扰氢气制备的最关键问题--成本。

西沃拉说：“美国的一个研究小组已能将染料敏化太阳能电池的转换效率提高到12.4%。尽管其在理论上前景很诱人，但该方法生产电池的成本太高，生产面积仅为10 cm2的电池，其成本就高达10 000美元。”因此，西沃拉研究小组一开始就给自己设定了一个目标，即仅采用价格低廉的材料和技术。

西沃拉指出，他们研制的设备中最昂贵的部分是玻璃面板。目前新设备的转换效率依然较低，仅为1.4%～3.6%，但该技术潜力很大。研究小组还致力于研制一种简易便捷的制作工艺，比如利用浸泡或擦涂的方式制作半导体薄膜。西沃拉说：“我们希望未来几年内将转化效率提高到10%左右，生产成本降为每平方米80美元以下。如果能实现此目标，就能较传统的制氢方法更具竞争力。”

乳化炸药中化学敏化技术的探析 篇3

乳化炸药的敏化方法通常有珍珠岩敏化、猛炸药敏化、金属粉末敏化及气泡敏化。其中化学发泡敏化技术成本低、工艺简单、爆炸性能好等优点已为广大厂家所采用。对此, 本文比较了化学敏化中的几种方法的优缺点, 从技术上进行了探析。

2 快速发泡法

2.1 发泡体系的建立

从NH4NO3——H2ONa NO2发泡反映机理出发, 分析并建立合适的发泡剂加入量及发泡体系。

从上述应机理可以得出以下两方面的分析结论:

(1) lmol的Na NO2的反应后产生lmol的N2在标准状态下lmol N2体积为22.4L0Na NO2的分子量为69, 每1g亚硝酸钠完全反应后生成的N2为:

乳胶体密度一般在1.4g·cm-3左右, 设1t乳胶体的密度由1.4g·cm-3降为1.05gcm3后, 它的体积增量为Δv:

如果忽略温度及压力的影响, 乳化炸药敏化发泡过程中所产生的气体就等于胶体的体积增量Δv。

所以产生Δv的气体体积需用的Na NO2为:

由此可推出敏化1t胶体只需700～800g亚硝酸钠。

(2) 反应速率的分析处理。上述反映中 (1) 、 (2) 两式为慢反映, (5) 、 (6) 式为快反应。采用NH4NO3H2O Na NO2发泡体系的敏化工艺, 敏化后的药体须恒温 (65+5℃) 存放12h后方可装药, 在夏季及炎热的地方还会产生“后效”。所以提高反应发泡速率的关键是提高 (1) 、 (2) 两式的反映速率。从 (2) 、 (4) 两式可看出加入H-够显著促进HNO2的产生, 这就找到了根本上提高反应速率的办法。

通过上述分析比较可得出以下两点结论:

(1) 无后效的发泡剂亚硝酸钠的加入量应根据各地区的压力、温度计算, 一般为每吨胶体700～800g。

(2) 选择适当的铵盐及酸, 建立NH3-NO2-H+发泡体系能够达到快速发泡的目的。

2.2 工艺技术途径。

快速化学敏化技术是在吸收了原化学敏化技术的优点, 克服其缺点的基础上发展起来的。其工艺途径是:所选用的发泡材料按一定的比例进行工艺处理, 然后根据工艺参数掺入到乳胶基质中去。可根据要求对发泡材料的比例进行调整, 化学敏化的时间可任意调节。

(1) 加料方式的确定。快速化学敏化技术的敏化机是采用低速、敞开式搅拌机。定量的乳化基质放入敏化机内, 再把发泡剂均匀的加入其中, 然后, 加入催化剂, 并均匀地把气泡含留在基质内, 以达到敏化作用。

(2) 加入时间的确定。加入发泡剂和催化剂的混拌时间, 可根据各生产厂家的工艺与配方要求调节, 以达到敏化最佳密度为标准来确定加入时间。

(3) 敏化发泡温度。敏化温度一般控制在50～60℃能够适于气泡的吸留成长及小药卷的装药包装。胶体质量好坏及粘度大小是保证产品爆炸性能及贮存性能的重要条件。而胶体粘度与温度有密切的关系, 温度越高, 胶体粘度越低, 有利于敏化剂及气泡的分散传质和发泡反应速率的提高, 但不利于吸留气泡, 容易形成大泡, 影响产品的初始性能及贮存性能。温度太低, 胶体粘度大, 反映速率慢, 会造成气泡太小影响爆炸性能, 而且胶体在敏化过程中的搅拌、剪切作用会造成胶体不同程度的破乳, 影响产品的贮存性能。

2.3 NH4+、H+的选定

H+由一般的酸均能提供, 但一些酸 (如硝酸) 的加入, 由于其特殊的氧化性 (还原性) 会不同程度影响乳化剂性能, 贮存过程中药卷易于老化, 性能降低。故选用的是一种有机酸。H+加入后产生了大量的HNO2, 如果NH3不能及时提供就可能产生大量的NO、NO2气体, 这些气体一方面会增加过程的有毒气体含量, 另一方面这些气体不稳定, 产品在贮存过程中性能衰减较快, 所以NH3的及时供给也是产生N2保证贮存性能的重要原因。我们选用了一种离解常数较高的铵盐, 它不但能够及时提供NH3, 而且能产生一种特殊的酸进一步提高反应速率。

2.4 敏化剂的传质速度

敏化剂的发泡反映速率提高后, 要求敏化剂能够快速反应均匀地分散到胶体中, 一般的和面机、捏合机均能满足使用要求。大多数乳化炸药生产厂家所使用的混拌设备搅拌轴的转数在40r·min-1较为理想。

3 发泡技巧

3.1 发泡膏的使用

为提高乳化基质中气泡分布的均匀性和稳定性, 就要改变发泡剂的物理和化学性质, 选择与乳化基质物理性质相似的发泡剂。经过大量的实验, 在生产中采用了发泡膏替代Na NO2的发泡液。由于发泡膏和乳化基质同属于W/O型胶体, 两者相容性好, 容易混合均匀, 所以加入发泡膏消除了因加入发泡液产生的游离水, 使得敏化气泡在乳化炸药均匀分布, 大大提高了乳化炸药的稳定性。

3.2 泡促进剂的加入

加入发泡促进剂可改变发泡化学反应速度和化学反应条件, 促进发泡膏在温度较低的条件下发泡, 保证较低温度下的化学反应速度, 使乳化基质在短时间内发泡, 解决发泡后效问题, 同时也有利于提高乳化炸药的贮存稳定性。

4 结论

通过对以上两种敏化方法的比较, 可得出以下结论:

4.1 快速发泡法:

(1) 快速化学敏化可以解决亚硝酸钠化学发泡过程中受PH值的影响以及亚硝酸钠发泡的后效问题。敏化后即可装药入库, 无后效现象。而且药态硬度也略有提高并具有较好的弹性, 使用较为方便; (2) 快速化学敏化法工艺简单, 材料易购, 有一整套严格的指标检测手段; (3) 控制发泡温度在50℃时, 有利于气泡的产生和固定, 有利于改善气泡产生的速度及炸药质量; (4) 快速化学敏化法的研制达到了产品系列化, 可以满足矿山爆破、井下回采掘进和光面爆破的要求; (5) 采用NH3-NO2-H-发泡体系, 能够适应于各种气候条件下的乳化炸药生产工艺, 具有敏化成本低廉, 产品密度稳定, 爆炸性能高, 贮存期长的特点。特别适应于小直径商品乳化炸药生产及矿山现场混拌装药。

4.2 发泡膏使用技巧:

(1) 使用发泡膏代替发泡液可以使其很容易与乳化炸药基质混合均匀, 且对乳化炸药胶体的稳定性不产生负面影响; (2) 气泡促进剂的加入, 有利于气泡的产生和稳定。

随着乳化炸药生产技术的日趋成熟, 将会有更加成熟和先进的敏化技术出现, 将会推动乳化炸药生产技术的进一步发展, 创造更好的经济和社会效益。

摘要：本文主要介绍了目前在国内敏化技术中所使用的几种方法及技术。

关键词：快速发泡,发泡技巧,发泡膏,促进剂

参考文献

[1]毛洪庆.乳化炸药生产中的化学发泡技巧[J].煤矿爆破, 1999, 1.

敏化技术 篇4

摘要：按照年度任务要求,该年度开展了以下工作:鸡尾酒式共敏化方案,拓展染料敏化太阳电池的吸收光谱;利用碘铅铵量子点、微米球等光散射特性提高器件的光电响应;利用光电调制阻抗和光电瞬态光谱技术研究器件微观纳米界面的电荷复合动力学过程;研究了银电极中温烧结工艺和低电阻制作技术和300 cm2高效电池组件研究。相关研究圆满完成了预期年度目标,电池组件效率达到了8.37%(300 cm2)。

关键词：染料敏化,太阳电池,光伏,组件技术,产业化

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敏化技术 篇5

1 量子点敏化剂

1.1 量子点敏化剂的种类

量子点敏化太阳能电池中常用的半导体量子点敏化剂有二元硫族化物CdS、CdSe、CdTe、PbS、PbSe、Bi2S3、Sb2S3、Cu2S、Ag2S、FeS2、RuS2、SnS和Ⅲ-V族化合物InP、InAs以及三元硫族化物CuInS2等[3]。沉积到纳米结构的宽带隙半导体氧化物(如TiO2、ZnO)上的量子点使宽带隙半导体氧化物的光吸收范围增大,起到光敏化的目的。CdS、CdSe和PbS等量子点常被用来研究量子点敏化太阳能电池的机理。为达到敏化效果,量子点和宽带隙半导体氧化物的能带结构必须满足:量子点的最优带隙范围是1.1~1.4eV,可以吸收大部分可见光。量子点的导带比宽带隙半导体的高,量子点的价带比电解液的氧化还原电势低,宽带隙半导体和量子点导带的相对位置通常是由材料本身决定,同时也受电解液种类的影响。

1.2 量子点敏化剂的沉积方式

量子点敏化太阳能电池中的量子点沉积方式主要分为两类:原位与非原位沉积。原位沉积是指在宽带隙半导体上原位生长量子点,主要包括化学浴沉积法[4]和连续离子层吸附与反应法[5]。这类方法的优点是量子点表面覆盖率高,量子点与半导体氧化物可以直接接触,电子注入速率高,缺点是量子点尺寸不容易控制,量子点尺寸分布宽,内部电荷复合率高。非原位沉积是指先合成尺寸和形貌可调、表面钝化的胶体量子点,然后通过非原位的方式(如直接吸附[6]或连接剂辅助吸附[7]),将量子点沉积到宽带隙半导体材料上。油相合成是量子点常用的合成方法,量子点表面通常都包覆一层长链的有机分子包覆剂(如烷基膦、烷基膦氧化物和烷基胺),这些长链分子形成阻挡层,导致量子点与宽带隙半导体之间较低的电荷转移。这种依靠长链分子直接吸附的缺点是量子点覆盖率低。为克服上述缺点,连接剂辅助吸附得到广泛应用,采用短链的双官能团分子(如巯基乙酸)连接量子点和宽带隙半导体。水相合成的量子点通常表面已经被水溶性双官能团分子连接剂(如巯基乙酸或巯基丙酸)包覆,因此它们可以直接吸附到宽带隙半导体的表面[8]。通常,非原位沉积的量子点在宽带隙半导体表面的覆盖率都比原位沉积低,导致量子点的光吸收低,从而导致量子点敏化太阳能电池的短路电流较小,影响电池性能。

2 量子点敏化剂的改性

2.1 量子点敏化剂的表面钝化

量子点敏化太阳能电池的低效率通常是由量子点表面态复合或背电子转移造成的。宽带隙半导体/量子点和电解液/量子点界面上的电子复合是量子点敏化太阳能电池的重要的背反应过程。表面态又称作缺陷态,干扰电子从量子点向宽带隙半导体的注入。在量子点表面分子改性或沉积另一种半导体材料是常用的表面态钝化方法。例如在CdSe量子点表面沉积一层ZnS可以有效减少CdSe量子点的表面态[4]。同样,在量子点表面沉积一层TiO2致密层也可以起到钝化作用[9]。甚至有机分子也可以表面钝化量子点。

2.2 量子点敏化剂的金属掺杂

常用的量子点敏化剂,如CdS和CdSe量子点,通常只能吸收波长小于650nm的可见光。掺杂是半导体量子点改性的常用方法。掺杂过渡金属离子(如Mn2+)的量子点的电学和光学性能都可能会发生改变。杂质在量子点的禁带中形成新能级从而改变了电荷分离和复合动力学。控制杂质的种类和浓度可以调整量子点的光学和电学性能。在Mn-CdS量子点中,锰杂质在CdS量子点的禁带中产生中间能级,可以捕获量子点激发态的电子,限制了电子与空穴和/或氧化态多硫电解液的电荷复合[10]。事实上,锰掺杂导致工作电极的电子累积增多,使其费米能级更负,从而提高了量子点敏化太阳能电池的开路电压。

2.3 量子点敏化剂的共敏化

寻找合适的可见光全光谱吸收的量子点材料是量子点敏化太阳能电池研究的热点之一。CdS、CdSe量子点是最常用的量子点敏化剂。CdS导带底比TiO2高,有利于电子注入,但是CdS体材料的禁带宽度为2.25eV,只能吸收波长小于550nm的可见光。CdSe可以吸收波长小于720nm的可见光,但是其导带底低于TiO2的导带底,电子注入速率小。目前研究的量子点敏化剂都无法将可见光波长范围完全吸收。为了提高可见光吸收范围和强度,量子点共敏化剂常被用于制备量子点敏化太阳能电池。量子点共敏化可以同时利用两种不同类型的量子点或同种类型不同尺寸的量子点来拓宽可见光吸收范围。李玉郎等将CdS和CdSe量子点依次沉积到TiO2薄膜上形成层级共敏化结构的CdS/CdSe/TiO2量子点敏化太阳能电池。这种结构提高了量子点敏化太阳能电池的性能,电池效率可以达到4.22%[11]。Kamat等则采用不同尺寸的CdSe量子点共敏化TiO2薄膜[12]。量子点的电学性能与其大小有关,通过调整量子点大尺寸可以获得不同能带结构的量子点。利用量子尺寸效应调节量子点与宽带隙半导体的电子转移速率,从而达到提高量子点敏化太阳能电池性能的目的。

2.4 染料和量子点共敏化

染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的核心部件之一,与量子点敏化剂相比,染料的光吸收范围更宽,常用的钌染料可以吸收大部分可见光。另一种提高量子点敏化太阳能电池性能的策略是同时使用胶体量子点和钌染料共敏化。染料的使用除了可以提高敏化剂的可见光吸收范围,同时染料/量子点共敏化还减少了量子点的电荷复合损失,从而有效提高电荷分离。有研究表明CdSe量子点和N3染料共敏化可以极大地提高量子点向TiO2的电子注入。

2.5 彩虹结构电池

Kamat等人提出一种彩虹结构的太阳能电池,该结构是在TiO2纳米管阵列中有序组装不同尺寸的量子点,从而吸收不同波长的入射光,增加入射光的有效捕获[12]。结合不同类型的量子点,如CdS和CdSe,CdS和PbS,量子点敏化太阳能电池的光吸收范围将得到大幅提高。这种电池能结合小尺寸量子点的快速电子注入和大尺寸量子点吸收波长范围广的优点,有望进一步提高量子点敏化太阳能电池的效率。

3 量子点敏化剂存在的问题及应用前景

尽管量子点在太阳能电池的应用中存在大量优点,但从目前研究来看,量子点敏化太阳能电池的效率还很低,光照稳定性较差。当前,量子点敏化太阳能电池存在以下几个问题:第一,量子点在宽带隙半导体氧化物薄膜表面的覆盖率低,量子点的光吸收范围窄,从而导致量子点的光捕获效率低。第二,量子点表面缺陷态的存在,降低了电子注入和收集效率。第三,量子点在某些电解液中存在光腐蚀现象,化学稳定性差。第四,宽带隙半导体/电解液和电解液/对电极界面的能级排布没有达到最优化,导致较低的开路电压和填充因子。第五,大部分量子点都具有毒性,对环境有一定的污染性。因此,制备可见光响应范围宽、量子产率高、化学稳定性强的环境友好型半导体量子点敏化剂是今后量子点敏化太阳能电池的主要研究目标。

摘要：综述了半导体量子点在量子点敏化太阳能电池中的应用。将半导体量子点用做敏化太阳能电池的敏化剂,利用量子点的光吸收特性,有望提高电池的光电化学性能。量子点敏化太阳能电池还处于研究阶段,从目前发展趋势上看,量子点敏化太阳能电池将是未来太阳能电池开发的研究方向之一。

关键词：太阳能电池,敏化剂,量子点

参考文献

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[9]Tachibana Y,Umekita K,Otsuka Y,et al.Performance Improvement of CdS Quantum Dots Sensitized TiO2Solar Cellsby Introducing a Dense TiO2Blocking Layer[J].J Phys D:Appl Phys,2008,41(10):102002.

[10]Santra P K,Kamat P V.Mn-doped Quantum Dot Sensitized Solar Cells:A Strategy to Boost Efficiency Over 5%[J].JAm Chem Soc,2012,134(5):2508-2511.

[11]Lee Y L,Lo Y S.Highly Efficient Quantum-Dot-Sensitized Solar Cell Based on Co-Sensitization of CdS/CdSe[J].AdvFunct Mater,2009,19(4):604-609.

敏化技术 篇6

1. 关注生活, 吸收习作所需的营养

小学语文新课程标准中关于习作与学生生活实际有着这样明确的要求, “写作教学应贴近学生实际, 让学生易于动笔, 乐于表达”。如此要求, 更加直接地向我们阐明这样一个道理———习作源自生活。我认为, 在小学阶段的习作教学中, 我们要有意识地引导学生, 利用多种感官去感知、观察、体验生活中的细枝末节, 并将自己的所见所闻与真实情感, 以质朴、流畅的语言表达出来, 实现生活对学生习作素材的补给作用。

教学小学语文第十册“习作六”时, 本单元的习作重点主要是培养学生“写人”的能力, 其关键在于教会学生通过细心观察, 以人物的外貌、动作、语言、神态等特征表现人物特点, 以具体生活事例体现人物品质, 因此, 要想让学生细致地描绘出这样一个“人”, 就要从学生的生活入手, 去寻找这个他们喜欢而又熟悉的人。为此, 在习作指导过程中, 我开设了一个以“寻找我最喜欢的人”为主题的互动栏目。在这个活动中, 引导学生以小组为单位, 以记者采访的形式开展相关活动。采访分为两个环节, 第一个环节:人人都是小记者。在这个环节中, 小组成员需要认真选出自己想要采访的对象, 这个对象应该是自己最喜欢或者崇拜的人, 学生需要自行设计问题, 并利用课余时间对这个人进行采访, 做好记录。第二个环节:你说我听。在这个环节中, 小组成员必须挑选出一个小主持人, 并帮助主持人共同撰写主持稿, 将小记者的采访以主持的方式呈现给同学。在这个过程中, 我有意识地通过采访、主持等互动形式, 让学生从生活中最熟悉、最喜欢的人入手, 启发学生以主动采访的形式更加深入地了解、观察这个人。

2. 扩展阅读, 有效积累优美的词句

在日常教学中, 教师要有意识地培养学生的阅读意识, 引导学生开展有益的阅读活动, 潜移默化地提高他们的语言素养, 扩大他们知识的储备量, 让他们胸中有“墨”, 笔中有情。为此, 我在日常的教学过程中, 常常会开展一些学生喜闻乐见的阅读活动, 如声情并茂的经典作品诵读活动, 使得阅读的方向更加明确, 阅读的内容更加具有能量, 阅读的形式更加具有感染力, 让学生将纯粹的纸上阅读发展为真情流露的诵读表演;优美词句摘抄与分享活动, 以本单元的习作话题为主题, 启发学生利用课余、课后时间开展小组阅读活动, 并摘抄优美词句进行小组分享, 鼓励学生分享摘抄笔记、制作摘抄手抄报;优美词句仿写比赛, 在习作指导课中, 我利用多媒体课件呈现几个优美词句, 如排比句、比喻句和名人名言, 组织学生进行仿写竞赛。通过这样的仿写活动, 激发学生阅读的热情, 调动学生习作的兴趣。通过这些多元出彩的阅读活动, 丰富学生的语言积累, 提高学生的语言运用水平。

3. 强化实践, 熟悉习作基本逻辑

古人云:“纸上得来终觉浅, 绝知此事要躬行。”小学生还不具备抽象、概括知识的思维能力, 因此, 他们对知识的内化往往需要通过反复的训练与实践来完成。因此我认为对学生说再多的习作规则、习作技巧, 分析再多的习作案例, 都不如将说与做结合起来, 让学生亲身地去写一写、亲自去评一评、动手去改一改, 帮助他们在实践的过程中, 寻找灵感, 获得独特体验, 自然而然地解决“写什么”“说什么”的习作难题。

小学语文第十二册“习作三”要求是在阅读已有文章的基础上写一篇具有真情实感的读后感。写读后感, 很多学生往往会就通篇文章进行津津乐道的赞扬, 面太大, 点太小。因此我觉得此次习作的教学重点, 应该让学生学会从具体事例入手, 由点及面地表达自己的感想。在习作导学中, 我并不过分地要求学生要怎样去写好读后感, 而是设计了一个“感想语音室”的实践平台, 在这个实践活动中, 我呈现了多个小片段, 组织学生看片段, 说感想, 在互动的过程中, 循循善诱地教会学生往哪儿想、怎么想、想了怎么说。

敏化方式对乳化炸药性能的影响 篇7

要使乳化炸药获得合适的感度、好的爆轰性能, 就需要对乳胶基质进行敏化。敏化技术是乳化炸药生产技术的重要研究内容, 是通过在乳胶基质中加入适量的气泡载体从而达到“敏化”目的。乳化炸药并不是均质炸药, 其爆炸机理是热点理论, 使用时这些气泡或空穴受到撞击时会发生绝热压缩, 形成“热点”并由最初的燃烧反应转化为爆轰[1]。目前采用的敏化技术包括药剂敏化及机械敏化方式。敏化剂的加入量和类型对乳化炸药性能会产生重要的影响。下面就通过目前常用的不同敏化方式作简浅分析。

乳化炸药的敏化一般说来有物理敏化和化学敏化两种方式 (也有采用物理——化学复合敏化方式) 。所谓物理敏化法, 是指在乳化基质中添加一定量的低密度物质, 完全可以稳定的存在其中, 如空心玻璃微球、塑料微球、膨胀珍珠岩等, 他们在加入炸药中仍可以保持自身的空穴起到热点的作用;化学发泡敏化法是指利用一些物质在特定的条件发生分解反应产生微小气泡, 来调节乳胶基质密度从而提高炸药感度的方法;复合敏化法是指敏化方式采用多种方法, 目前使用较多的包括膨胀珍珠岩与亚硝酸钠溶液复合、膨胀珍珠岩与H型发泡剂的复合等。

二、空心玻璃微球敏化方式

玻璃微球是由钠硼硅酸盐经特殊工艺制成的薄壁、封闭的微小球体, 内部包裹有一定量的气体, 其具有密度低、化学稳定性好等特点。非常适合做乳化炸药的敏化剂, 在国内外生产线均有使用, 在国外生产线使用空心玻璃微球敏化乳化炸药更多一些。用其所作的乳化炸药爆轰性能、储存稳定性均好。但国内国外所产的玻璃微球质量有较大的区别, 主要表现在:在显微镜下观看国产玻璃微球球体外观光滑, 有时会有一些黑色絮状杂质, 球径的大小差别较大, 有破碎现象, 这样会划破乳胶基质的油膜, 使用量会较正常使用量上升;国外产玻璃微球光亮透明, 球径大小均匀一致, 几乎无破裂现象, 不会对油膜造成任何影响, 加入量小。因此使用单位的检验部门应对所采购的玻璃微球应进行严格检验, 检验项目应有外观、密度、水分、粒径参数等。在生产中掌握合适的用量。那么选择国内还是国外的产品?我认为应从产品的爆炸性能、储存期稳定性、产品成本等综合考虑。生产线输送玻璃微球的管路要严密封闭, 所做目的在于阻止玻璃微球飞出污染环境和玻璃微球在湿度大的环境吸湿而影响其流散性, 从而影响流量的准确性, 使用前要做好流量计的标定工作。玻璃微球对乳胶基质的温度要求不严, 适合中高温敏化, 在基质中能稳定保持一定的气体, 与油结合牢固且不吸油, 受外界作用影响小, 能长期使炸药保持稳定。玻璃微球的球体光滑易于均匀分散在乳胶基质中, 使炸药质量具有良好的一致性, 因而炸药能保持均匀稳定。

三、膨胀珍珠岩颗粒

膨胀珍珠岩是一种白色多微孔的松散颗粒状物料, 一般有普通型珍珠岩和封闭型珍珠岩两种, 封闭型珍珠岩又称憎水珍珠岩, 普通型珍珠岩对乳化炸药的储存期有较大的影响, 采用憎水型珍珠岩可提高乳化炸药的储存期。粒径以200um~300um为主, 外观不规则, 表面有一层玻璃质。内有蜂窝状空隙, 由酸性火山玻璃质岩矿石经过破碎、预裂、焙烧而制成, 与玻璃微球相比各空洞的外壁不规则, 有利在乳胶周围固定, 有利于炸药的稳定及热点的生成, 至使其在外力作用下受力不均匀, 用其敏化的药药体硬度大成形好, 易装药, 已被用户接受, 产品质量较稳定。敏化温度、搅拌时间对敏化结果有较大的影响, 在敏化过程中应严格控制温度, 过高的温度会使乳胶基质粘度降低以类似油的形式渗入其中, 从而降低或失去敏化作用;温度过低使得乳胶基质粘度升高, 这样珍珠岩在相同搅拌时间作用下有可能分布不均匀出现敏化作用降低, 因此, 应严格控制敏化温度和拌混时间, 提高敏化有效率, 一般有较好的敏化效果, 可以制得较为理想的炸药。在使用前应对以下参数进行测定:堆积密度、粒度等。但存在下面的缺点:珍珠岩自身体积大易吸水、破碎;对搅拌设备的耐损强度要求严格;对环境有粉尘污染, 会对操作者的身体造成危害。较玻璃微球敏化的乳化炸药性能稍差, 最大的优点是较玻璃微球成本大幅度降低。

四、化学敏化

化学敏化方式是目前最常用的敏化方法之一, 首先应考虑的问题是气泡在乳化基质中的稳定性, 它包括物理稳定性和化学稳定性。这点非常重要, 从物理状态方面, 它要求气泡在乳化炸药运动或受挤压既不能逸出也不能合并聚集, 在温度变化时, 膨胀或收缩不明显;从化学行为角度, 要求气泡在药体中不溶解消失, 不因析晶而破坏, 不发生二次分解, 不与乳化炸药其它组分反应。其所起作用是使乳化炸药具有好的爆轰感度和爆炸性能。

亚硝酸钠是目前最普遍应用的化学发泡剂之一, 外观白色或微带淡黄色结晶, 亚硝酸钠有毒, 使用过程要注意防护。亚硝酸钠作为一种快速发泡剂是因为:能较迅速地与助剂或乳化机质中游离态硝酸铵或表面油膜有缺陷的硝酸铵基团发生反应, 产生一定量的气体。对反应条件无特殊要求, 较易均匀地分散于乳胶基质当中。亚硝酸钠的加入量要由所期望的炸药密度值来决定, 密度的大小在一定条件下又决定着炸药爆轰感度与爆炸性能。从爆轰感度来说, 在一定的密度范围内, 密度越小, 则爆轰感度越大。因为为小气泡被绝热压缩时能产生热点, 增加起爆感度。但是从爆破能量观点来说, 密度降低则炸药的能量密度也相应下降, 对爆破做功不利[2]。亚硝酸钠的加入量应首先确定合理的密度期望值, 再通过经验理论计算和试验相结合来确定。确定加入量以后, 亚硝酸钠及助剂的加入质量相对于乳化炸药的质量较少, 通常加入量仅有炸药质量的0.1%~0.2%。要把较少的亚硝酸钠加入到较多的乳胶基质中, 想要混合均匀是很困难的, 这需要充分的混合, 但过量搅拌对乳胶基质结构非常不利。因此, 可以通过降低浓度的方法来增加亚硝酸钠及助剂的量, 搅和效果会好得多。亚硝酸钠及助剂通过化学反应产生气泡使乳胶基质得到敏化且具有雷管感度, 但这一过程, 由于自身的酸碱性, 会对乳化结构起到一定的破坏作用, 即或多或少的造成乳胶基质破乳, 这会影响到产品的爆炸性能和储存性能[3]。为把这一负面作用减小到最低限度, 可以采取调整乳化剂的用量、选择适当的乳化机转速、调整敏化温度等。

敏化后效现象是指敏化工序转入包装工序后, 敏化反应仍在继续进行的现象, 这时炸药的密度会继续降低。敏化的目的还反映在爆速、猛度、做功能力、殉爆距离等爆炸性能指标是否稳定, (储存期内性能是否衰减) , 无论是爆炸性能还是使用效果和乳化炸药的后效都有着不可分割的关系。前面已说过密度与爆轰感度和爆炸性能的关系。事实上后效问题只要采取合适的措施, 对其充分利用或克服是完全可以做到, 目前大多数的生产线已是连续自动线, 很多包装采用的是塑膜包装, 充分利用塑膜伸缩的优点, 只要根据装药质量与装药密度计算好需用的容积作预留并采用其他控制措施, 装药后是不会出现包装膜破裂或装药不饱满现象。对于仍采用蜡筒包装者应严格控制后效。

对于目前常用的高温敏化工艺, 装药温度的控制应根据实际情况做出相应的调整, 夏季装药温度稍低一些, 而冬季则相反, 对冷却水来说在必要的情况下也应做相应的降低或升高。在生产中还应注意实际生产能力与额定生产能力应相匹配, 实际生产能力高于额定生产能力则会产生敏化剂在乳胶基质中分布不均匀的情况, 导致大气泡的产生从而降低炸药的爆炸性能和稳定性;实际生产能力过低同样会出现炸药的爆炸性能和稳定性降低, 是因为过多的搅拌炸药会破乳。另外针对不同的工艺, 应对油相材料的组成做合理的选择。将上述的对象控制好就一定能做出爆炸性能和稳定性较好的炸药。

五、结论

从上面可以得出, 无论采用空心玻璃微球敏化方式、膨胀珍珠岩敏化方式还是采用化学敏化方式均可以制作出爆炸性能和稳定性均良好的炸药, 各有自己的优缺点, 应根据自己的实际情况做合理的选择。

参考文献

[1]吕春绪《工业炸药理论》兵器工业出版社2003出版.

[2]朱啸宇《工业炸药》兵器工业出版社2008出版.

柔性染料敏化太阳能电池研究进展 篇8

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSSC) 自1991年问世以来, 经过多年的发展, 其光电转换效率已高达11%[1,2]。DSSC主要由导电基底、纳米多孔氧化物薄膜、染料敏化剂、电解质和对电极构成。其基底多为导电玻璃, 而玻璃具有质量大、易破碎等缺点限制了DSSC商业上的开发应用。用柔性导电塑料薄膜代替导电玻璃组装成柔性DSSC,具有质量轻、挠性好、抗冲击强、成本低、可进行各种形状或表面设计等优点, 并且可采用成卷连续生产,快速涂布等技术进行大面积生产,降低生产成本,使得这种电池具有更强的竞争力, 成为近年DSSC研究的新热点[3,4,5,6], 图1是柔性DSSC的实样相片[7]。柔性DSSC目前的光电转换效率可达1%~7%[3,4,5,8,9,10,11,12]。

本文简要概述了DSSC的基本结构和工作原理,介绍了柔性DSSC电池各个组成部分的研究现状,主要介绍柔性基底和柔性对电极的选择,重点介绍纳米晶TiO2薄膜的制备方法,并对未来柔性DSSC的发展及应用进行了展望。

1 DSSC的基本结构和工作原理

DSSC主要由导电基底、纳米多孔氧化物薄膜、染料敏化剂、电解质和对电极等几部分构成。当DSSC的导电基底具有柔性时,所组装的电池就是柔性DSSC。其工作原理[1,13,14,15,16,17]如图2 所示,电池依靠吸附在TiO2纳米晶膜上的染料分子吸收太阳光能量, 使染料分子中的电子受激跃迁到激发态,激发态的电子将会快速注入到TiO2导带中, 染料分子因失去电子变成氧化态,注入到TiO2导带中的电子在TiO2膜中的传输非常迅速, 可以瞬间到达膜与导电基底的接触面, 并在导电基片上富集, 通过外电路流向对电极。处于氧化态的染料分子, 由电解质(电解质的选择随染料敏化剂的不同而不同,主要由I-和I3-组成) 溶液中的电子供体(I-) 提供电子而回到基态, 染料分子得以再生。电解质溶液中的电子供体(还原剂) 在提供电子以后, 形成I3-并扩散到对电极, 得到电子而还原。 从而完成一个光电化学反应循环, 也使电池各组分都回到初始状态。具体过程可以用以下的式子表示[18]:

染料(S)+ hν → 染料*(S*) (染料激发)

S*+TiO2→e-( TiO2导带)+氧化染料(S+) (产生光电流)

S++3I-→ S + I3- (染料还原)

I3-+2e-(阴电极)→3I- (电解质还原)

I3-+2e-( TiO2导带)→3I- (暗电流)

2 柔性基底的选择

柔性DSSC一般选择有机塑料作导电基底。相比导电玻璃而言,有机基底的最高热稳定温度不高,从而必须要降低TiO2薄膜的热处理温度。目前用于DSSC的导电塑料基底主要有聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。虽然PEN和PET的最高热稳定温度只有150℃左右,但其透光性较好,因而被用于制作透明的ITO/PEN或者ITO/PET导电基底,电池的效率最高达到7.4%[12]。一些金属薄膜也被用于制作导电基底,如Grätzel等[19]报道了使用钛箔作柔性基底的DSSC,其效率达到7.2%,但是电池的制备工艺比较复杂。最近,陶杰等[20]也制备出以不锈钢为基底的柔性DSSC。本文将主要介绍基于有机塑料基底柔性DSSC的TiO2薄膜的制备方法。

3 纳米晶TiO2薄膜的低温制备方法

低温条件下制备TiO2的主要特点为:(1)未经高温处理,TiO2晶型差;(2)有机物含量高,难以形成多孔膜;(3) TiO2薄膜与柔性导电基底粘着力差;(4) TiO2颗粒之间的接触不紧密、电子传输能力差;(5)染料吸附少,光生电子数少。另外,低温下制备的TiO2薄膜中存有少量残余有机物是导致柔性DSSC效率不高的另一大因素[21]。于是柔性DSSC的制备重点在于,低温下纳米半导体薄膜的制备,纳米半导体薄膜和柔性基底之间的结合力的提高,以及低温下残余有机物的去除。

低温条件下制备TiO2薄膜的方法较多,如低温烧结法、水热法、紫外光照射法、加压法、微波烧结法等。

3.1 低温烧结法

低温烧结法制备TiO2薄膜方法简单,易操作,但耗时,制备的柔性DSSC的效率一般不高。Pichot等[22]将柔性基底浸没在锐钛矿型TiO2 纳米颗粒的稀硝酸胶体溶液中,采用旋涂法制备TiO2薄膜,经过100℃烧结处理后,电池的效率为1.2%。胡志强等[8]以P25和无水乙醇为原料采用丝网印刷法制备TiO2薄膜,并经过100℃低温烧结处理,电池的效率为1.33%。低温烧结无法完全除去TiO2薄膜的有机物,所以仅仅采用低温烧结法制备的TiO2薄膜所组装的电池效率一般相对较低。

仅用低温烧结法制备TiO2薄膜的报道很少,常配合其他方法(如紫外线辐射法等)一起使用。我们课题组以P25、蒸馏水和无水乙醇为原料制备TiO2薄膜,经过100℃低温烧结和紫外光照射处理后,电池的效率达到3.4%[23]。我们发现使用P25避免了TiO2晶型差这一缺陷,紫外线照射可以除去二氧化钛薄膜里的有机物,这两点是组装的电池效率高的重要原因。

3.2 微波烧结法

微波是一种高频率的电磁波,频率在300MHz~30GHz之间。利用微波辐射加热,可以使TiO2薄膜内部与表面的温度比较均匀。

Uchida等[24]用频率为28GHz的微波对制备的TiO2薄膜处理5min,电池的效率达到2.16%。他们还比较了用频率为2.45GHz的微波和一般低温烧结法处理得到的TiO2薄膜,电池的效率分别为0.74%和0.45%。Hart等[25]用微波处理TiO2 薄膜,随着微波处理时间由5min延长到60min 时,电池的效率也由1.63%提高到2.44%。

微波烧结法是制备氧化物薄膜的一种比较好的方法,制备TiO2薄膜比传统烧结法所需的时间短,得到的薄膜中TiO2颗粒之间的连接更紧密,以及TiO2膜与导电基底之间界面接触更好[24,25,26,27],从而提高了电池的性能。

3.3 水热法

水热法是一种条件温和的低温制备方法,常被用于制备结晶性能较好的TiO2,但水热时间一般较长,能耗较大。Zhang等[21]用一定量的P25和异丙氧醇钛(TTIP)制备TiO2薄膜。在高压下进行水热处理(如图3所示)后得到TiO2薄膜,电池效率达到2.5%。

水热法制备得到的TiO2薄膜避免了与水的直接接触,而且比较容易控制薄膜的厚度,有利于增加染料的吸附,从而提高电池效率。图4(a)和(b)分别是TiO2薄膜在水热前后的SEM图。图4(a)显示,未经水热处理的TiO2薄膜是致密的结构,TiO2为无定型相;图4(b)显示,经过水热处理,TiO2为颗粒状,晶化良好,并且呈现多孔结构。

Li等[28]在常压下用100℃水蒸气热处理TiO2薄膜,电池的效率也可达到1.9%。常压下水蒸气热处理是低温制备TiO2薄膜的一种简便方法,反应在常压下100℃非密闭体系中进行,这种方法有利于制备大面积的电池和大规模生产。

3.4 紫外光照射法

由于低温下制备的TiO2中有机物较多,这势必影响电池的性能。在紫外光下,TiO2具有催化降解有机物的性能,从而利用紫外光照射法可去除TiO2薄膜中的有机物。

Zhang等[29]以P25、TTIP和无水乙醇为原料制备TiO2薄膜,经过紫外光处理后,发现有机物含量降低,电池的效率达到4.00%。陶杰等[30]以一定浓度的HNO3溶液、P25、蒸馏水和聚乙二醇(PEG)为原料制备TiO2薄膜,经过150℃低温处理和紫外光照射后,电池的效率达到1.28%。我们课题组结合紫外光照射法和低温处理法,组装出3.4%的柔性DSSC[23]。

紫外光照射法方法简单,操作方便,耗时短,并且对除去TiO2薄膜中的残存有机物、提高电池的效率有一定的作用,因此组装的DSSC的效率一般较高,在制备低温TiO2薄膜时有很好的应用前景。

3.5 加压法

为了解决低温条件下二氧化钛薄膜与柔性基体粘着力差以及二氧化钛颗粒之间的接触不紧密、电子传导能力差的问题,研究者们采用加压法制备低温TiO2薄膜[12,31,32,33,34]。

Hagfeldt等[31,32,33]首先把加压法引入低温制备纳米二氧化钛薄膜,电池的效率达到3%。M Michael等[34]充分利用高温条件下制备TiO2薄膜的颗粒接触紧密的优势,将经过高温烧结过的多孔TiO2薄膜从镀金的玻璃上迅速地转移到已涂有TiO2粘结层的柔性基底上,然后施加一定的压力制得TiO2薄膜,电池的效率达到5.8%。Takeshi等[12]对制备的TiO2薄膜施加100MPa的压力,电池的效率达到7.1%。另外,在TiO2浆体涂于柔性基底之前对柔性基底进行UV-O3处理,组装电池的效率由7.1%提高到7.4%,但电池的稳定性不好。

加压法增加了TiO2薄膜与基底之间的结合作用,从而提高了电池的效率。而且相对其它方法,使用压力法制备的TiO2薄膜所组装的DSSC的效率相对较高,具有较好的应用前景。

制备TiO2薄膜的方法各有优缺点,有时要结合两种或者两种以上的方法一起使用。电泳沉积法[35]、化学气相沉积法[36]和喷溅沉积法[37]等也可用于低温制备TiO2薄膜,但不是通用方法,文献报道较少。

4 柔性对电极

目前,柔性DSSC的对电极主要是用表面涂有铟锡氧化物导电层的聚酯为基底,通过溅射在基底表面沉积少量的铂制备的[4,38]。虽然铂对提高电池的效率有一定的作用,但是由于铂是贵金属,增加了柔性DSSC的成本,所以研究者们开始考虑用价格低廉、性能较高的碳[39]或者高分子聚合物[40]作为柔性DSSC的对电极。

最近,胡志强等[39]报道了以炭黑和氯化聚乙酸乙烯酯为原料,采用丝网印刷法制备了柔性DSSC的碳对电极,且发现掺杂少量石墨粉能提高碳对电极的导电性,电池效率达到0.458%。Lee等[40]也报道了用PProDOT-Et2取代铂作为柔性DSSC的对电极。结果表明,柔性DSSC的效率达到5.2%,略高于以铂为对电极的5.11%;PProDOT-Et2高的比表面积和良好的催化活性有利于I-3的还原,从而有利于电池性能的提高。

未来柔性对电极必然向价格低廉、性能较高的碳或者高分子导电聚合物对电极的方向发展。

5 展望

展望未来的柔性染料敏化太阳能电池,可以从以下几个方面进行突破。

(1)采用一些新技术,如微波辐射法、紫外光照射法等,制备高效有序TiO2薄膜应用到未来的柔性DSSC中,从而提高电池的效率。

(2)柔性基底材料的选择还有很大的发展空间。如果能在柔性基底材料上取得突破,解决耐高温的问题,柔性DSSC的应用将在不远的将来。

(3)继续开发价格低廉、导电性能良好的高分子导电聚合物取代贵金属铂作对电极应用于柔性DSSC中。