基于ZnO光阳极的染料敏化太阳电池

本文全面介绍了基于ZnO光阳极的染料敏化太阳电池的研究和应用现状,特别是ZnO光阳极的制备方法,包括传统的手术刀法、丝网印刷技术和电沉积自组装方法,以及最近发展起来的机械挤压法、化学液相沉积法、化学气相沉积法和低温水热法等,对不同制备薄膜方法的工艺条件和优缺点进行了综述.同时介绍了微/纳米复合结构和直线电子传输对光电转换效率提高的作用.指出了ZnO太阳电池未来发展方向是:探索制备ZnO电极的新形貌和新方法,寻找性能更加优异的染料,以提高ZnO太阳电池的光电转换效率.     

基于ZnO光阳极的染料敏化太阳电池的研究

本文全面介绍了基于ZnO光阳极的染料敏化太阳电池的研究和应用现状,特别是ZnO光阳极的制备方法,包括传统的手术刀法、丝网印刷技术和电沉积自组装方法,以及最近发展起来的机械挤压法、化学液相沉积法、化学气相沉积法和低温水热法等,对不同制备薄膜方法的工艺条件和优缺点进行了综述.同时介绍了微/纳米复合结构和直线电子传输对光电转换效率提高的作用.指出了ZnO太阳电池未来发展方向是:探索制备ZnO电极的新形貌和新方法,寻找性能更加优异的染料,以提高ZnO太阳电池的光电转换效率.     

有序宏孔-介孔TiO_2薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

我们使用表面活性剂P123和聚苯乙烯球双模板技术,合成了多级有序的宏孔/介孔TiO2薄膜,并将其与P25多孔薄膜复合形成双层结构的染料敏化太阳能电池光阳极.实验结果表明,宏孔/介孔TiO2薄膜层的引入,有效地提高了光阳极对太阳光的散射以及捕获能力,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电转化效率.与使用单一P25光阳极的染料敏化太阳能电池相比,双层TiO2结构的染料敏化太阳能电池所产生的短路光电流密度从7.49上升到了10.65mA/cm2,开路电压也从0.65提高到了0.70V.在太阳光强度为AM1.5时所测得的光电转化效率表明,双层TiO2结构的染料敏化太阳能电池的光电转化效率为5.55%,比单层P25结构的染料敏化太阳能电池的光电转化效率提升了83%.     

气相沉积法制备多孔ZnO薄膜及其光伏特性

通过气相沉积法, 在大气环境下退火, 制备了多孔ZnO薄膜. 这种多孔ZnO薄膜的制备方法具有成膜过程简单且工艺可精确控制等特点. 将多孔ZnO薄膜用胶体CdSe量子点来敏化获得太阳能电池, 具有1.01%的能量转换效率.     

不同结构的氧化钛纳米金复合薄膜的光伏特性

具有表面等离子体共振效应的金属和氧化物复合纳米结构被应用在染料敏化太阳能电池（DSSC）中以提高电池的光电转换效率,金属纳米粒子和氧化物薄膜的复合结构对于等离子体共振器件在电池上的效果有巨大的影响. 我们研究了不同氧化钛薄膜和纳米金复合体系（纳米金分别修饰在氧化钛薄膜的表面和下表面）的光电转换效果,其中当纳米金修饰在氧化钛薄膜表面时薄膜的紫外可见吸收增加最大. 然而,经过染料敏化之后,该体系的光电转换效率比未修饰的薄膜有所降低,而纳米金修饰在氧化钛薄膜下表面时,光电转换效率比未修饰时提高了37%,同时入射单色光子-电子转化效率（IPCE）也有相应提高. 为了进一步研究纳米金在复合薄膜中的作用,我们引入了TiO₂-Au-TiO₂的三明治体系,该体系的光电转换效率比未修饰的参比氧化钛薄膜仍有所提高. 上述研究结果表明等离子体共振器件的结构设计对于染料敏化太阳能电池的改善具有重要意义. 同时,我们对于纳米金的等离子体共振效应做了离散偶极子近似（Dipole Discrete Approximation）模拟计算,其结果支持了实验数据. 该研究对于未来太阳能电池中表面等离子体共振器件的设计具有一定指导意义.     

TiO2/ZnO薄膜电极中光生电子的传输及其在太阳电池中的应用

制备了TiO2纳米颗粒和ZnO纳米棒混合的多孔薄膜电极, 利用瞬态光电压技术研究了染料敏化TiO2/ZnO薄膜中光生载流子的传输特性. 实验结果表明, ZnO纳米棒增加了薄膜中自由电子扩散速率, 减小了复合几率, 改善了能量转换效率.     

纳米二氧化钛的水热法制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

分别在盐酸和冰醋酸溶液中水解钛酸四正丁酯,得到前驱体,通过水热法制备锐钛矿型二氧化钛纳米晶体.以纳米二氧化钛为电子传输体组装染料敏化电池,通过XRDI、CP、DRS、TEM、SEM和电池的光电性能测试,研究制备的二氧化钛对电池光电性能的影响.结果表明,水热反应温度对染料敏化太阳能电池光电性能有较大影响,在有机酸介质中制备的二氧化钛具有较高的光电转换效率.     

有机染料敏化网状二氧化钛纳米纤维微孔膜太阳能电池研究

利用静电纺丝技术, 在TiO₂纳米粒子上电纺一层网状TiO₂纳米纤维微孔膜作为光散射层, 并在TiO₂纳米粒子中掺杂少量MgO以抑制电子和空穴的复合, 得到TiO₂纳米纤维/纳米粒子复合光阳极用于染料敏化太阳能电池. 将这种光阳极分别与有机三苯胺染料SD2, SD3或钌染料N719及鹅脱氧胆酸(CDCA)共敏化时, 在AM 1.5 (100 mW/cm²)的模拟太阳光照射下, 染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到6.35%～8.85%. 同时, 使用半固态电解质可以达到液态电解质90%的光电转换效率.     

全固态介观太阳能电池:从染料敏化到钙钛矿

介观太阳能电池(Mesoscopic Solar Cells)作为新一代太阳能电池的突出代表, 具有原材料来源丰富, 制备工艺简单, 光电转换效率高等优点, 从而具有广阔的应用前景. 本工作简要评述了全固态介观太阳能电池从染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells)发展到钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells)过程中新材料、新技术和新概念的研究进展. 1998年, Grätzel课题组首次将固态有机空穴传输材料spiro-OMeTAD应用到染料敏化太阳能电池中, 制备出全固态染料敏化太阳能电池, 虽然仅获得了0.74%的光电转换效率, 但是却使得全固态染料敏化太阳能电池迅速发展成为介观太阳能电池的重要研究方向. 2012年, Park与Grätzel课题组合作, 使用钙钛矿型吸光材料(CH₃NH₃)PbI₃作为敏化剂, spiro-OMeTAD作为空穴收集层, 制备出光电转换效率达到9.7%的全固态介观太阳能电池, 又被称为钙钛矿太阳能电池. 自此, 基于钙钛矿材料的介观太阳能电池迅速成为太阳能电池领域的研究热点. 目前, 钙钛矿太阳能电池的最高公证效率已经达到20.1%. 钙钛矿太阳能电池作为介观太阳能电池商业化道路上里程碑式的突破, 在材料开发、界面优化以及器件稳定性方面的研究仍充满挑战, 也期待新的突破.     

PEDOT的电化学合成及其在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

本工作主要围绕PEDOT的合成及其在固态染料敏化太阳能电池对电极中的应用开展研究,重点研究了循环伏安法电化学沉积过程中循环次数（10~50次）对PEDOT薄膜的形貌、厚度及光学性质的影响.通过红外光谱、SEM、紫外-可见吸收光谱表征了PEDOT的结构、形貌及光性质;通过J-V、动态调制光电流谱（IMPS）/光电压谱（IMVS）以及Tafel测试表征了基于PEDOT透明对电极染料敏化太阳能电池的光电化学性能.结果表明：采用循环伏安法电沉积合成PEDOT制备固态染料敏化太阳能电池对电极时,CV循环30~40次之间时可以获得最佳的光电性能,固态器件的光电转换效率为5.34%,这是因为在该条件下所制备的PEDOT具有均匀致密的表面、较好的光学性质以及较高的光电催化性能（J₀=2.51×10^-3 A·cm^-2）,使得器件可以获得较大的扩散系数（D_n=28.80 μm²·ms^-1）和载流子扩散长度（L=21.41 μm）,有利于电荷的传输.当CV循环次数大于40次时,PEDOT薄膜会在掺氟的SnO₂透明导电玻璃（FTO）表面发生溶解、脱附,从而使得其光电催化性能下降.在双面光照条件下,以电沉积PEDOT作为透明对电极的器件光电性能提升了20%左右.     

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列, 在ZnO纳米棒阵列上先后电化学沉积CdS纳米晶膜及聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT修饰的一维有序壳核式CdS/ZnO纳米阵列结构, 并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线(EDX)等表征手段证实了该结构的形成. 以此纳米结构薄膜为光阳极组装新型半导体敏化太阳电池, 研究了CdS纳米晶膜的厚度和P3HT薄膜的沉积对电池光伏性能的影响, 初步探讨了电荷在电池结构中的传输机理, 结果表明, CdS纳米晶膜和P3HT薄膜的沉积有效地拓宽了光阳极的光吸收范围, 实验中电池的光电转换效率最高达到1.08%.     

Structural and optical properties of tripod-like ZnO thin film and its application in dye-sensitized solar cell

In this work, we have synthesized Zinc oxide (ZnO) tripods and used its thin film as photoanode in dye-sensitized solar cells. SEM micrographs of the as-prepared sample of ZnO confirmed tripod-like morphology consisting of three cylindrical arms with well-defined ends, joined at a common core. The prepared sample of ZnO tripods was further characterized by EDX, XRD, UV-VIS, and FTIR. The dye N719-sensitized solar cell fabricated with photoanode of ZnO prepared in this work provided the open-circuit photo voltage (V _oc)?=?0.558 V, short-circuit photocurrent (J _sc)?=?6.368 mA?cm^-2, fill factor (FF)?=?0.50, and total conversion efficiency (η)?=?0.88 % under full light illumination (intensity 200 mW?cm^?2). When cell was illuminated by visible light (150 mW/cm²), V _oc?=?0.546 V, J _sc?=?4.437 mA/cm², FF?=?0.54, and η?=?0.88 % were obtained.     

Sb2S3纳米粒子修饰ZnO纳米片微纳分级结构的光电化学性能

采用恒电位方法,选择氯化钾和乙二胺(EDA)为添加剂,在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米片阵列,通过二次电沉积得到了ZnO纳米片上生长纳米棒的微纳分级结构.利用化学浴沉积法在ZnO基底上沉积Sb₂S₃纳米粒子制备出了Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构和Sb₂S₃/ZnO微纳分级壳核结构.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、瞬态光电流等对其形貌、结构组成和光电化学性能进行了表征和分析.结果表明, Sb₂S₃/ZnO纳米片上生长纳米棒分级壳核结构的光电流明显高于Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构.在Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构和Sb₂S₃/ZnO微纳分级壳核结构的基础上旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT/Sb₂S₃/ZnO复合结构,以上述复合结构薄膜为光活性层组装成杂化太阳电池,其中, P3HT/Sb₂S₃/ZnO分级壳核结构杂化太阳电池的能量转换效率最高,达到了0.81%.     

铂修饰光阴极及其在纳晶太阳能电池中的应用

分别用真空镀膜法、热分解法和电化学法制备了铂金修饰导电玻璃,并以此作为光阴极组装了染料敏化纳晶TiO₂太阳能电池.用SEM观察了铂金修饰导电玻璃表面形貌,发现用真空镀膜法制备的铂金膜结构缺陷多、不均匀,存在较多的污点.用热分解法制备的铂金膜具有多孔状结构,但存在较多的有机物分解的残留物.用电镀法制备的铂金膜结构均匀、排列规则、缺陷少、污染少.测定了所制备铂金膜的电阻,结果表明由电镀法所制得的铂金膜电阻最小,用热解法和真空镀膜法制得的铂金膜电阻较大.测定了DSSC电池的光电性能,发现用电镀法制得的铂金膜的催化性能最好,大大提高了DSSC电池的性能;其次是热分解法,由真空镀膜法制备的铂金膜对电池的性能没有多大改善.     

Morphology evolution of ZnO thin films from aqueous solutions and their application to solar cells

This paper reports a reproducible low-temperature solution-based process for the preparation of ZnO films of nanorod arrays and their application to dye-sensitized solar cells (DSSCs). A two-step approach was employed for the epitaxial growth of ZnO. We began with the preparation of a (002)-oriented ZnO seed layer by the electrochemical deposition method. After the treatment the substrate was soaked in an aqueous solution containing ZnCl2 and complex agents. A large-scale fabrication of ZnO nanorod arrays on transparent conductive oxides has been achieved after soaking at 95 degrees C for 1-48 h. The as-deposited ZnO film has a large surface area, therefore permitting a great amount of dye loading. The individually separated nanorod forms a linear nanoroad which should show more effective electron transportation than that in the film derived from ZnO powders. The DSSCs using these ZnO films as photoelectrodes show a conversion efficiency of about 0.6% at AM1.5.     

A long-term stable Pt counter electrode modified by POM-based multilayer film for high conversion efficiency dye-sensitized solar cells

A long-term stable Pt counter electrode modified by POM-based multilayer film has been fabricated by the electrochemical deposition method, which can markedly increase short-circuit photocurrent, open-circuit voltage and the conversion efficiency when used in dye-sensitized solar cells (DSSCs).     

Polyethylene glycol assisted direct deposition of rutile TiO2 nanocrystals on transparent conducting oxide substrate for dye-sensitized solar cell applications

Rutile TiO₂ nanocrystals having rectangular faces were directly deposited on fluorine-doped tin oxide coated glass substrates. Using polyethylene glycol-400 as the surfactant, we succeeded in growing a porous rutile layer having maximum thickness of 4.8 μm and containing nanocrystals with lateral dimensions of at least 30 nm. We observed that polyethylene glycol not only controlled the sizes of the nanocrystals but also enhanced the rate of deposition. The nanocrystals had rutile structure and the film was strongly textured with preferential orientation along {002} direction. The dye adsorption properties of the nanocrystalline films depended on their microscopic surface areas which were determined by the sizes of the nanocrystals. A dye-sensitized solar cell, fabricated with a 4.8 μm thick nanocrystalline rutile thin film photoanode, exhibited a light-to-electricity conversion efficiency of 5.02 % under 1.0 sun illumination. The internal resistance, interface capacitance and electron lifetime of dye sensitized solar cell were estimated by electrochemical impedance spectroscopy and an electron lifetime of 0.19 s was recorded.     

Electrophoretic deposition of ZnO photoanode for plastic dye-sensitized solar cells

Plastic dye-sensitized solar cells have been fabricated based on an organic dye (D 149) and ZnO photoanode prepared via room temperature electrophoretic deposition (EPD) to yield a conversion efficiency of 4.17% under 100 mW cm^?2 AM 1.5 illumination. Intensity modulated photocurrent spectroscopy analyses reveal that the fabricated ZnO electrodes have adequate interparticle connection, even in the absence of any post-treatment. This study demonstrates that EPD is a convenient method for photoanode fabrication and ZnO photoelectrodes obtained via EPD are promising for efficient plastic solar cells.     

基于网状铂电极的新型柔性染料敏化太阳能电池

柔性染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种新型的化学太阳能电池,因其精简的封装工艺、较低廉的价格、高的化学稳定性以及可弯折等优点而备受关注. 本文介绍了一种新型的柔性DSSC的制备,其光阳极为高度有序的氧化锌（ZnO）纳米线阵列,对电极为柔性、导电、透明的网状铂(Pt networks)电极. 相对于传统的铂对电极而言,这种Pt networks对电极不仅具有优异的导电能力,还展现了极好的透光性（方阻~ 100 Ω•sq^-1,~80%透光率）和催化性能,此外,Pt networks电极可构筑于任意弯曲的衬底,具有优异的机械耐弯折性能. 在ZnO纳米线阵列的DSSCs的应用中,基于Pt networks膜的柔性DSSC的转化效率比铂纳米丝阵列 (Pt nanofiber arrays, Pt NFs）膜高出了32%.