半导体电极隐性特征结构对电荷传输的作用
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- 论文作者：陈加藏 ; 朱珍平 ; 刘彬
- 英文论文作者：LIU Bin ; School of Chemical&Biomedical Engineering ; Nanyang Technological University
- 年：2017
- 作者机构：中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室;School of Chemical&Biomedical Engineering,Nanyang Technological University;
- 论文关键词：电荷传输 ; 界面电荷转移 ; 半导体电极 ; 半导体(光)电化学
- 会议召开时间：2017-05-27
- 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
- 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
- 语种：中文
- 分类号：TN304
- 学会代码：ZKYQ
- 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
- 会议地点：中国北京
- 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
- 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
- 页数：1
- 文件大小：798k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
半导体电极的电荷传输行为是决定半导体光电化学体系(如太阳能电池等)能量转化和利用的关键因素。电荷传输行为与能带结构、界面和掺杂等材料结构特征直接相关。然而受到材料表征手段的限制,一些隐藏于材料内部的结构信息却未能很容易的发现~([1,2])。有关材料内部的界面电子散射、半导体颗粒间电荷转移和金属—半导体间界面电荷转移等电子过程与电荷传输及其能耗之间的关系尚未形成很好的认识。我们以电荷传输本身为研究手段,结合理论模拟,用电化学阻抗谱和瞬态光谱等(光)电化学方法考察材料内部的隐藏结构信息。我们发现,多年来指导材料设计(包括电极制作)的"形貌与性能之间的关系"并不真实存在~([1]),而与性能相关的特性则多数体现在半导体电子态方面。基于这个发现,我们通过对电荷传输行为进行细致的分析考察,结合材料本身具有的特性,提出锐钛矿表面金红石化的概念,设计出了具有良好电荷传输性能的TiO_2电极,实现半导体电极中电子高速公路的桥接和围护~([3])。关于金属—半导体间界面电荷转移,如碳增强的TiO_2导电机制方面,我们突破当前电极设计在这一方面的模糊认识,明确提出C—TiO_2界面电荷转移问题的重要性,并引入热电子发射和电荷隧穿理论来指导半导体电极的设计。通过促进C—TiO_2界面的电荷隧穿,抑制热电子发射可以有效的降低电荷转移过程中的能耗,提高太阳能利用效率~([4,5])。通过对半导体电极电荷传输行为的考察,我们提出半导体电极(材料)设计的新概念~([3-5])。
引文
[1]Chen,J.;Yang,H.B.;Miao,J.;Wang,H.-Y.;Liu,B.J.Am.Chem.Soc.2014,136:15310.
[2]Chen,J.;Li,B.;Zheng,J.;Jia,S.;Zhao,J.;Jing,H.;Zhu,Z.J.Phys.Chem.C 2011,115:7104.
[3]Chen,J.;Yang,H.B.;Tao,H.B.;Zhang,L.;Miao,J.;Wang,H.-Y.;Chen,J.;Zhang,H.;Liu,B.Adv.Funct.Mater.2016,26:456.
[4]Chen,J.;Li,B.;Zheng,J.;Zhao,J.;Zhu,Z.J.Phys.Chem.C 2012,116:14848.
[5]Chen,J.;Zhang,L.;Lam,Z.;Tao,H.B.;Zeng,Z.;Yang,H.B.;Luo,J.;Ma,L.;Li,B.;Zheng,J.;Jia,S.;Wang,Z.;Zhu,Z.;Liu,B.J.Am.Chem.Soc.2016,138:3183.
[2]Chen,J.;Li,B.;Zheng,J.;Jia,S.;Zhao,J.;Jing,H.;Zhu,Z.J.Phys.Chem.C 2011,115:7104.
[3]Chen,J.;Yang,H.B.;Tao,H.B.;Zhang,L.;Miao,J.;Wang,H.-Y.;Chen,J.;Zhang,H.;Liu,B.Adv.Funct.Mater.2016,26:456.
[4]Chen,J.;Li,B.;Zheng,J.;Zhao,J.;Zhu,Z.J.Phys.Chem.C 2012,116:14848.
[5]Chen,J.;Zhang,L.;Lam,Z.;Tao,H.B.;Zeng,Z.;Yang,H.B.;Luo,J.;Ma,L.;Li,B.;Zheng,J.;Jia,S.;Wang,Z.;Zhu,Z.;Liu,B.J.Am.Chem.Soc.2016,138:3183.