摘要光解水制氢是太阳能利用的重要途径，α-氧化铁是具有应用前景的阳极材料，本文提出了α-氧化铁平面超薄膜结构，可以有效地减少复合损失，提高吸收率。首先，基于传递矩阵方法原理，采用matlab软件编写了水/α-氧化铁/银多层薄膜吸收率的计算程序。其次，计算分析了平面超薄膜结构的反射率、吸收率和反射相位图，揭示了平面超薄膜结构增大吸收率的原理，发现了吸收性材料吸收指数0。4-1。2范围的条件。最后，本文发现α-氧化铁在波长小于470 nm时满足增大吸收率的条件，相比于单层20 nm α-氧化铁结构，吸收率在整个波段范围都显著增强，光生电流增大了200%，表明α-氧化铁平面超薄膜结构可以有效提高太阳能光解水制氢的效率。84681

毕业论文关键词α-氧化铁MATLAB  平面超薄膜吸收率

毕业设计说明书外文摘要

TitleStudy on the Application of Iron Oxide Ultrathin Planar Film for Solar Photoelectrochemical Water Splitting

Abstract Hydrogen production by water splitting is an important way for solar energy utilization。 Alpha ferric oxide is a kind of anode material with wide application prospect。Its planar thin film structure can effectively reduce the composite loss and increase the absorption rate。 First of all, using matlab software to write the water/alpha iron oxide/silver and multilayer thin film absorption rate calculation program based on the principle of transfer matrix method。 Second, this paper calculates and analysis the planar ultrathin membrane structure of reflectance, absorption and reflection phase diagram。Reveals the plane ultrathin membrane structure increases the principle of absorption,and find absorption index conditions of 0。4-1。2 range of the absorbent material。Finally, this paper found that alpha iron oxide meet the conditions that increase the absorption rate when its wavelength is less than 470 nm wavelength。Compared with the single 20 nm alpha ferric oxide structure, the absorption rate is significantly enhanced in the whole band range。Light current is increased by 200%。It Shows that alpha ferric oxide plane ultrathin membrane structure can effectively improve the efficiency of hydrogen production by solar water splitting。

KeywordsAlpha iron oxidematlabPlanar thin filmabsorptivity

目次

1  引言。。1

1。1背景1

1。2研究现状及存在问题。。1

1。3课题研究工作。。2

1。3。1研究目标2

1。3。2研究内容2

2数学物理模型。。。3

2。1物理模型。3

2。2计算方法。3

3  结果分析 。。。6

3。1增强吸收的原理6

3。1。1Ag、Ge的复折射系数 6

3。1。2平面超薄膜结构的反射率与吸收率 。7

3。1。3  反射矢量图。。8

3。2平面超薄膜结构增大吸收率的条件。。。11

3。3太阳能光解水制氢应用。。。13

3。3。1α-氧化铁平面超薄膜的吸收率。13

3。3。2光生电流14

结论 。。16

致谢 。。17

参考文献 。。。18

附录20

1  引言

1。1 背景

光解水制氢[1-5]是太阳能利用的重要途径，其过程是：太阳能入射到半导体阳极材料，当阳极材料吸收能量大于半导体能带间隙的光子时，将生成电子和空穴对；空穴被输运到阳极和水的界面，将水氧化成氧气；电子被输运到阴极和水的界面，将水还原成氢气。α-氧化铁是一种具有应用前景的阳极材料，因为它可以在水溶液中稳定存在；能带间隙为2。1 eV，接近最优；α-氧化铁还是铁在自然界中稳定存在的状态，因此α-氧化铁也具有储量丰富和价格低廉的特点。但是α-氧化铁作为阳极[6]也存在一个突出问题：空穴扩散长度远小于光子穿透长度。空穴在α-氧化铁中的扩散长度只有20 nm，而光子穿透长度为百纳米量级（550 nm波长的光子穿透长度大约为120 nm）。这就意味着光子将在远离α-氧化铁和水的界面处被吸收，产生的空穴在输运到α-氧化铁和水的界面参与光解水反应之前，将有极大的概率与产生的电子重新结合，会造成严重的复合损失，降低效率[7]。论文网