高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极. 通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件. 以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO₂纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池. 光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能. 与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性. 通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.     

基于量子点涂料的柔性光阳极及碳基对电极的制备和优化

首先制备出量子点（QDs）/TiO₂涂料,分别采用丝网印刷法与刀刮法将涂料涂覆于ITO/PET柔性基底上,结果表明刀刮法制备量子点敏化太阳电池（QDSCs）效果更佳,且具有普适性。基于铜片对电极所组装的ZnCuInSe,CdSe和CdSeTe量子点半柔性QDSCs最高效率分别达2.83%,2.46%和1.99%。另外,我们对石墨纸进行表面化学修饰以提高亲水性,再通过简单的连续离子交换吸附法（SILAR）在石墨纸上负载Cu_xS纳米粒子,制备出Cu_xS/GP柔性对电极,进一步组装成全柔性QDSCs,获得了2.13%光电转化效率。     

CdTe/CdS共敏化TiO2电极材料的制备与光电性能

将电沉积法和化学浴沉积法结合,分别将CdTe和CdS量子点纳米晶材料引入到TiO₂纳米管阵列上制备CdTe/CdS量子点共敏化TiO₂光电极。利用扫描电镜、X射线衍射和X射线能量色散光谱等测试手段对所得样品的形貌、晶型和组分进行表征。在模拟太阳光照射条件下,通过电化学工作站测试其光电化学性能。研究结果表明,相对于单一量子点敏化CdS/TiO₂和CdTe/TiO₂光电极而言,共敏化CdTe/CdS/TiO₂光电极表现出更好的光电转化性能,短路电流密度和光电转换效率分别可以达到3.1 mA·cm^-2和1.85%。此外,采用电化学阻抗测试技术对材料性能提升的原因进行深入的探究。     

TiO2纳米棒和CdSe纳米棒复合膜与聚3-甲基噻吩杂化太阳能电池研究

采用水热法制备了TiO₂和CdSe两种纳米棒材料, 将两种纳米材料制备成TiO₂/CdSe复合纳米棒膜电极, 并在复合膜上电化学聚合生成聚3-甲基噻吩poly(3-methylthiophene) (PMeT), 研究了其光电化学性能. 实验表明, 当TiO₂与CdSe的物质的量复合比为2∶1, PMeT的聚合时间为40 s, 在电极电势为－0.2 V下ITO/TiO₂/CdSe/PMeT电极光电转换效率(IPCE)达到56%, 对比ITO/TiO₂/CdSe复合膜电极在长波方向的光电转换效率明显提高, 光吸收截止波长发生了明显的红移. 同时以ITO/TiO₂/CdSe/PMeT组装了简易的杂化太阳电池, 初步研究了光电池性能, 光电池总效率为0.08%, V_oc＝0.4 V, j_sc＝0.61 mA/cm², ff＝0.33.     

聚3-甲基噻吩修饰硫化物量子点连接纳米结构TiO2膜的光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO₂膜上制备了量子点CdS, PbS (Q-CdS, Q-PbS), 并用电化学方法在TiO₂/Q-CdS, TiO₂/Q-PbS表面聚合3-甲基噻吩[poly(3-Methylthiophene, PMeT)]. 用光电化学方法研究了PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接TiO₂纳米结构膜, 实验结果表明, PMeT和Q-CdS, Q-PbS单独修饰纳米结构TiO₂电极和PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接纳米结构TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动; 一定条件下在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO₂的光电转换效率有明显的提高; 聚3-甲基噻吩(PMeT)与Q-CdS, Q-PbS连接的纳米结构TiO₂之间存在p-n异质结. 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离, 在本文实验条件下PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接纳米结构TiO₂电极最高的单色光的光电转换效率分别为11%和7%.     

碳纳米纤维负载Co3S4复合材料的合成及其在染料敏化太阳电池对电极的应用

采用水热法合成四硫化三钴（Co₃S₄）催化材料,并利用球磨和喷涂技术将其制备成对电极,结合新型无碘电解液Co²⁺/Co³⁺用于染料敏化太阳电池（dye-sensitized solar cells,简称DSCs）来研究其光电性能。测试结果显示,基于Co₃S₄对电极,DSCs的能量转化效率（power conversion efficiency,简称PCE）只有6.06%,远远低于Pt对电极（8.05%）。为了提高Co₃S₄的催化能力,采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维（electrospun carbon nanofibers,简称ECs）,结合水热法制备出不同负载量的碳纳米纤维负载四硫化三钴（Co₃S₄/ECs）复合催化材料用于对电极,结果表明,Co₃S₄/ECs的PCE最高可达（8.22±0.08）%,优于Pt对电极。     

锰掺杂硒硫化镉光阳极的制备与光电性能

将适量Se加入到Na2S甲醇水溶液中反应生成Na₂SSe₂阴离子前驱体, 以Cd(NO₃)2、Mn(CH3COO)2为阳离子前驱体, 通过连续离子层吸附反应(SILAR)分别制备出CdSSe₂/TiO₂或 MN²⁺掺杂的Mn-CdSSe₂/TiO₂量子点敏化光阳极。采用拉曼光谱、X射线光电子能谱和能量色散X射线能谱分析确定阴离子前驱体和量子点的价键结构和组成;通过紫外可见吸光光谱表征量子点的光吸收性能;利用J-V曲线和IPCE分别对CdS、CdSSe₂和Mn-CdSSe₂量子点敏化的TiO₂光阳极的光电性能进行了表征。实验结果表明, 采用 0.12 mol·L^-1 Se和0.5 mol·L^-1 Na2S制备的阴离子前驱体、0. 5 mol·L^-1 Cd²⁺和 0.3 mol·L^-1 MN²⁺阳离子前驱体, 通过SILAR法制备的Mn-CdSSe₂/TiO₂光阳极, 能量转换效率比CdSSe₂/TiO₂和CdS/TiO₂光阳极分别提高了90%和247%。     

CuInS2量子点敏化太阳能电池中尺寸依赖的电子注入和光电性质

研究了CuInS₂（CIS）量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）的电子注入和器件性能与粒子尺寸之间的依赖关系. 首先合成了不同尺寸的CuInS₂量子点（QDs）,制备了CuInS₂量子点敏化的TiO₂薄膜,并组装了量子点敏化太阳能电池. 通过循环伏安法确定了CuInS₂量子点的能级位置. 采用时间分辨荧光光谱分析测量了CuInS₂量子点到TiO₂薄膜的电子转移速率和效率. 结果发现,随着粒子尺寸从4.0 nm减小到2.5 nm,电子注入速率略微增加而电子注入效率减小,同时量子点敏化太阳能电池的开路电压基本不变,而光电转换效率、短路电流和填充因子（FF）均减小. 上述研究结果表明量子点敏化太阳能电池性能的优化可以通过改变量子点的尺寸来实现.     

TiO2微球的合成及其作为散射层在量子点敏化太阳能电池中的应用

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂,通过TiCl₄在乙醇水溶液中的直接水解,制备了介孔TiO₂微球. X射线衍射（XRD）结果表明所制备的微球晶型为金红石,扫描电镜（SEM）结果显示微球的直径大约为700 nm,由粒径约为16 nm的小颗粒堆积而成. 通过刮涂法制备了在TiO₂小颗粒层上涂覆有作为散射层的TiO₂微球和未涂覆微球的薄膜. 并通过化学浴沉积（CBD）的方法在膜上生长CdS/CdSe量子点,得到了量子点敏化太阳能电池（QDSCs）. 紫外吸收和漫反射结果表明,这种微球结构有利于量子点的沉积,具有较强的光散射作用,有效地增加了光线的收集,从而提高了电池的光电流,最终得到了4.5%的光电转换效率,比不加散射层的电池的效率高27.7%,也比利用传统散射层（由20 nm TiO₂ 小颗粒和400 nm TiO₂ 固体颗粒组成）的电池效率高10.2%. 我们把电池效率的提升归因于较强的光散射作用和较长的电子寿命.     

高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极.通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件.以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO2纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池.光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能.与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性.通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.     

表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In 表面修饰的TiO₂ (TiO₂-Inx%)纳米粒子, x%代表在In 掺杂的TiO₂样品中In³⁺与In³⁺和Ti⁴⁺离子摩尔百分含量. 利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2''-联吡啶-4,4''-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂, 制备出N719/TiO₂/FTO (氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO₂-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极. 光电转换效率实验表明, 在薄膜电极+0.5 mol·L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt 光电池体系中,N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO₂/FTO, 其中N719/TiO₂-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO₂/FTO提高了20%. 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO₂-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构; 利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程. 结果表明, In3+离子在TiO₂表面形成O-In-Cl_n (n=1, 2)物种, 该物种的表面态能级位于导带下0.3 eV处; 在光电流产生过程中, O-In-Cl_n (n=1, 2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO₂-Inx%层的复合, 促进了阳极光电流的增加, 从而导致N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO₂/FTO, 并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.     

花状硫化铜的合成及其光电催化性能

通过硫化介孔Cu_2O微球得到花状Cu_xS纳米催化材料,并采用丝网印刷法制备出Cu_xS/FTO对电极。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段对所得材料的结构和形貌进行了探究,同时系统考察了溶液浓度、硫化时间、催化剂印刷层数对Cu_xS/FTO电极的催化性能影响和所组装量子点敏化太阳电池的光电转换效率,其中基于Zn-Cu-In-Se量子点敏化的电池转换效率达8.80%,表现出花状Cu_xS优异的光电催化性能。     

Preparation of TiO2 nanocrystalline films controlled by acetylacetone/polyethylene glycol and their photoelectric properties

TiO₂ nanocrystalline films were prepared from titanium tetra-n-butoxide modified with double hydrolysis inhibitors, acetylacetone and polyethylene glycol (PEG), in mixture of methanol and ethanol. The correlation among surface structure of the TiO₂ films, preparation conditions, and photovoltaic properties of the solar cells using the TiO₂ films was investigated. The particle size of the obtained TiO₂ films was decreased as the PEG content increased. The nanostructured films with the narrow distribution of particle size could be prepared. The amounts of adsorbed dyes for these TiO₂ films were larger than that without PEG. The performance of the solar cell fabricated using the TiO₂ film improved as the amount of the PEG increased, and the solar cell using the TiO₂ film prepared from the solution with 30 wt% PEG exhibited the highest performance.     

简易模板剂法制备多级介孔TiO2微球及其在染料敏化太阳能电池中的性能

采用模板剂法一步合成分级结构的介孔TiO₂微球, 考察了烷基胺类模板剂中烷基链长度对介孔TiO₂微球合成及性能影响. 将其应用于染料敏化太阳能电池的光阳极半导体薄膜中, 得到了9.5%-10.1%的高能量转换效率. X射线衍射(XRD)、物理吸附仪(BET)、扫描电镜(SEM)等的分析结果表明: 分级结构介孔TiO₂微球的晶相为纯锐钛矿型; 介孔TiO₂微球表面粗糙, 的纳米粒子堆积形成, 使微球具有介孔性质和较适宜的比表面积. 介孔TiO₂微球堆积形成了利于物质扩散的通道并具有良好的光散射效果; 同时微球介孔粗糙表面保证了染料的大量吸附, 从而提高了电池的光电流. 通过电化学阻抗分析结果验证了分等级结构介孔TiO₂微球光阳极有利于电解液的传输和物质扩散的优异性能.     

Metal chalcogenide complex-mediated fabrication of Cu2S film as counter electrode in quantum dot sensitized solar cells

Cu2S film onto FTO glass substrate was obtained to function as counter electrode for polysulfide redox reactions in CdS/CdSe co-sensitized solar cells by sintering after spraying a metal chalcogenide complex, N4H9Cu7S4 solution. Relative to Pt counter electrode, the Cu2S counter electrode provides greater electrocatalytic activity and lower charge transfer resistance. The prepared Cu2S counter electrode represented nanoflower-like porous film which was composed of Cu2S nanosheets on FTO and had a higher surface area and lower sheet resistance than that of sulfided brass Cu2S counter electrode. An energy conversion efficiency of 3.62% was achieved using the metal chalcogenide complex-mediated fabricated Cu2S counter electrode for CdS/CdSe co-sensitized solar cells under 1 sun, AM 1.5 illumination.     

简易合成Cu2SnSe3作染料敏化太阳能电池对电极

采用简易溶剂热法合成直径为150-250 nm的Cu2SnSe3纳米颗粒.以Cu2SnSe3"墨水"为前驱体采用滴落涂布法在掺氟二氧化锡基板上沉积Cu2SnSe3薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSC)对电极.利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、能谱仪(EDS)等对Cu2SnSe3纳米颗粒的形貌、结构和组成进行表征.结果表明:产物纯净无杂项且符合化学计量比.以Cu2SnSe3为对电极的DSSC转化效率为7.75%,与铂对电极DSSC效率相当(7.21%).研究表明,DSSC的光电流密度和影响因子与Cu2SnSe3薄膜厚度密切相关,这是由于不同厚度的Cu2SnSe3薄膜作对电极所对应的催化位置数目和电阻值不同.电化学阻抗谱研究说明,Cu2SnSe3因具有类似铂良好的电催化性能而适合用作染料敏化太阳能电池对电极材料.本文以Cu2SnSe3代替贵金属铂,提供了一种廉价制备高效染料敏化太阳能电池对电极的新方法.     

Improved charge transport in dye-sensitized solar cells employing viscous non-volatile electrolytes

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) employing a viscous non-volatile electrolyte were prepared by utilizing anatase TiO₂ nanorods (synthesized via oriented attachment) as a photoanode material. One promising way to enhance the photovoltaic performance of DSSCs employing viscous electrolytes is to increase ion conductivity by increasing the salt concentration. This is accompanied by an acceleration of the charge recombination reaction and the limiting of the overall conversion efficiency. The results showed that a TiO₂ nanorod electrode enables more favorable electron transport than a conventional nanoparticle-based electrode due to the improved electron diffusion length and the large intrinsic surface area.     

TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响

纳米TiO2多孔薄膜微结构对染料敏化太阳电池(DSC)光伏性能有很大的影响。本文采用不同实验和测试方法研究和分析了溶胶-凝胶法制备纳米TiO2颗粒时的热处理温度、TiO2多孔薄膜厚度、纳米TiO2大颗粒光散射、TiCl4溶液处理和电沉积致密TiO2层对纳米多孔薄膜电极和染料敏化太阳电池光伏性能的影响,得到了最佳的优化条件,为纳米TiO2薄膜材料的批量化制作打下了良好基础。     

Influence of highly efficient PbS counter electrode on photovoltaic performance of CdSe quantum dots-sensitized solar cells

PbS electrode with high catalytic activity to S_n ^2? reduction certificated by the measurements of electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry was prepared by a simple method. The high catalytic activity makes it be a low-cost alternative counter electrode to platinum (Pt) to be used in quantum dots-sensitized solar cells (QDSSCs) based on polysulfide electrolyte. The photovoltaic performance enhancement of the quantum dots (QDs)-sensitized semiconductor thin films due to the PbS counter electrode was evaluated by fabricating QDSSCs based on CdSe QDs-sensitized ZnO (SnO₂) thin film. CdSe QDs-sensitized ZnO thin film has the lower internal total series resistance and electron transmission time, the higher electron lifetime and electron collection efficiency than the CdSe QDs-sensitized SnO₂ thin film. Replacing the Pt counter electrode with the PbS counter electrode leads to more improvement on the short circuit photocurrent density for QDSSC based on the ZnO thin film than the SnO₂ thin film. Therefore, the process to limit the photovoltaic performance of CdSe QDs-sensitized solar cell and the possible way to improve the photovoltaic performance were analyzed.