基于石墨烯基电极染料敏化太阳能电池的研究进展

对近几年石墨烯基电极染料敏化太阳能电池的研究成果进行了追踪,分析了多种改性石墨烯电极应用于染料敏化太阳能电池后能量转换效率变化的原因,深入研究了改善石墨烯对电解质的还原电催化反应活性物理机理,为解决该电池存在的问题理清了思路,对该方向未来的研究工作给出了建议,探索和制备新材料以进一步打破石墨烯的层间堆叠是提高该电池性能的关键。     

染料敏化太阳电池及其进展

文章介绍了染料敏化太阳电池的研究背景和发展过程,简述了基于纳米TiO2半导体电极材料的染料敏化太阳电池的基本结构和工作机理.详细阐述了该电池国内外各项关键技术的实验和产业化研究最新成果,着重分析了染料敏化太阳电池的未来发展趋势,并对该电池的应用前景进行了展望.     

染料敏化太阳能电池二氧化锡光阳极表面原子层沉积氧化铝研究

染料敏化薄膜太阳能电池作为一种新型的太阳能电池吸引了世界范围内的研究。采用二氧化锡代替传统的二氧化钛作为染料敏化太阳能电池的光阳极,使用含有I-/I-3氧化还原电解对的液态电解质。同时,通过原子层沉积(ALD)法,在150℃下使用三甲基铝(TMA)和水作为前驱体和氧化剂沉积氧化铝。并研究了ALD超薄氧化铝包覆二氧化锡颗粒对染料敏化太阳能电池光电转换效率的影响。椭圆偏振仪(SE)分析结果表明ALD每周期沉积速率约为1.2。X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)的结果表明,超薄氧化铝包覆没有影响多孔二氧化锡纳米晶薄膜的晶体结构和表面形貌。紫外-可见光谱(UV-Vis)研究发现随着氧化铝的沉积周期数增加,染料敏化电池光阳极吸附染料的能力增加。最后,对ALD氧化铝对染料敏化太阳能电池性能的影响机理进行了探讨。     

三苯胺染料在钴电解质电池中的光伏性能

合成了4种己氧基取代的三苯胺类有机染料,制备了钴电解质的染料敏化太阳能电池,研究了染料的共轭桥结构对电池的光电压和光电流的影响．结果表明,以噻吩环为共轭桥的有机染料在钴电解质的染料敏化太阳能电池中表现良好的光伏性能,在100 mW/cm²太阳光照射下,获得6.1％的光电转换效率．同时研究了染料的构效关系．     

混合植物染料敏化的太阳能电池性能

采用植物染料叶绿素和叶黄素，模拟光合作用的光电转化，以单独和混合等方式敏化纳晶多孔TiO2膜电极，制备了太阳能光化学电池.测试电池的输出特性发现，叶绿素和叶黄素以不同浓度混合后敏化的电池转化效率η为叶绿素和叶黄素单独敏化时的5.8倍和1.4倍，最大输出功率Wopt为叶绿素和叶黄素单独敏化时的5.7倍和1.4倍.混合染料敏化表现出明显的非线性叠加效应，其效能超过两种染料分别敏化时的线性叠加.混合染料的协同效应对提高电池转化效率，获取高效、廉价、环保能源具有重要意义.     

三芳胺和二氢吲哚作为给体的染料对钴电解质的染料敏化太阳能电池性能的影响

合成了两种有机染料,三芳胺染料XS51和二氢吲哚染料XS52,并分别用于钴基电解质和碘基电解质的染料敏化太阳能电池中. 考察了染料结构对光物理性能、电化学性能和电池性能的影响. XS51为含有四个己氧基的三芳胺结构,表现出较好的空间位阻,从而提高了光电压. XS52中二氢吲哚的给电子能力强,从而短路电流较大. 同碘电解质相比,所合成的染料更适合用于钴电解质的染料敏化电池中. 在100 mW/cm²的光强下,基于染料XS52的钴电解质太阳能电池总的光电转换效率达到6.58%.     

TiO2表面质子化对染料敏化太阳能电池性能及吸附染料稳定性的影响

采用致密平整TiO₂薄膜作为染料敏化太阳能电池光电极,并研究了HCl处理表面质子化对电池性能的影响. 结果表明,HCl处理后电池的短路电流显著提升,电池的开路电压则有轻微的下降,电池电流提升了31%,而能量转化效率则提升了25%. 这是因为TiO₂的表面质子化增强了吸附染料与TiO₂间的电学耦合,提高了染料中激发电子向TiO₂导带的注入速率. 而电压的下降,一方面是由于质子化会引起TiO₂导带能级     

石墨烯在太阳能电池中的应用

正太阳能作为一种新型绿色能源受到人们广泛的重视,也加大了对各种太阳能电池的开发力度,例如晶体硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、染料敏化太阳电池和有机染料太阳电池。2004年,盖姆(A.Geim)研究小组采用胶带剥离法(Scotch Tape Method)首次制备出稳定的石墨烯,引发了人们对石墨烯材料的空前关注。石墨烯具有优异的材料     

低温制备二氧化钛纳米薄膜及其光伏性能研究

研究一种易实现的低温合成TiO2薄膜电极的方法。实验采用氨水、盐酸和去离子水分别作为无机粘结剂、无水乙醇作为分散剂来合成TiO2浆料,重点研究了粘结剂/分散剂质量比对薄膜制备的影响。采用合成的TiO2电极进行全固态染料敏化太阳能电池的组装。综合浆料粘稠度测试、薄膜形貌表征以及电池时域/频域光电测试等结果,分析了宏观光伏特性与微观载流子输运机制。最终得到最佳的无机粘结剂/分散剂质量比,相应电池的光电转换效率达到1.45%。     

染料敏化太阳能电池器件的研究进展

染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells,DSCs）作为一种新型的薄膜太阳能电池,是目前光伏电池领域的一个研究热点.文章首先介绍此类电池的基本结构、工作原理、影响电池性能的关键材料及其最新研究进展,而后重点分析了器件集成的设计模式,并对各种模式的研究进展与存在的问题进行了探讨.     

关于黄铁矿做太阳能电池材料可行性实验研究

本文通过对黄铁矿紫外、可见、近红外光谱的分析,获得黄铁矿对太阳光全光谱的吸收率数据。重点对染料敏化太阳能电池的光阴极进行了实验探究。本人制备了黄铁矿薄膜太阳能电池和以石墨为光阴极的太阳能电池,对各个薄膜形貌进行表征。最后,对各个电池的性能进行了测量比较。并预期在制备太阳电池时,它可能代替硅,而成为今后主要的光伏半导体材料。     

扫描电化学显微镜在功能材料分析中的应用

扫描电化学显微镜是一种扫描探针技术,利用微电极检测发生在固／液、液／液或者气／液界面反应物或者反应产物的连续变化。这里将对该技术原理进行详细说明。过去我们工作主要都集中在固定化酶的活性成像。最近研究的领域开始拓展到与能源转变相关材料上,如染料敏化太阳能电池和（生物）燃料电池的氧气催化还原。起初的尝试已经扩展到如何扩宽研究材料的范围和成像模式的应用范围。扫描电化学显微镜的反馈和产生～收集模式已被用于研究染料敏化太阳能电池半导体／电解质界面的光激发染料阳离子再生过程。现在开始关注更多的与太阳能的再生,燃料电池或染料敏化太阳能电池相关的复杂反应,这些复杂的反应包括外部质量传输过程、内部质量和电荷传输过程、多孔物质反应中心的本身活性等。     

纳米TiO2多孔薄膜电极平带电势的研究

采用光谱电化学方法研究了纳米TiO₂多孔薄膜电极的平带电势,获得了薄膜厚度以及TiCl₄处理对纳米TiO₂薄膜电极平带电势的影响情况,并研究了平带电势对染料敏化太阳电池光伏性能的影响.结果表明,可以通过检测纳米TiO₂电极平带电势的变化趋势来反映电池中TiO₂电极平带电势的变化趋势.随着TiO₂电极膜厚的增加,其平带电势将向正方向移动,导致对应电池的开路电压随之减小.另外,经 关键词： 平带电势 2')" href="#">纳米TiO₂ 染料敏化 太阳电池     

石墨烯衍生物作为有机太阳能电池界面材料的研究进展

本文综述了石墨烯及其衍生物作为界面材料在有机太阳能电池中的应用, 包括作为阳极界面层、阴极界面层和叠层电池中间层等方面. 氧化石墨烯由于较好的透光性, 易于分散在水溶液中与溶液加工等优点已被应用在有机太阳能电池中. 对氧化石墨烯作为阳极界面层的研究包括通过部分还原或掺杂提高其导电性、通过引入高负电性原子提高其表面功函数, 以及通过与其他材料复合提高性能等. 同时, 本文综述了石墨烯衍生物及复合材料作为有机太阳能电池阴极界面层和叠层电池中间层的研究. 最后本文展望了石墨烯及其衍生物在有机太阳能电池与有机无机复合钙钛矿太阳能电池中的应用前景.     

大面积染料敏化太阳电池的实验研究

通过对大面积染料敏化太阳电池的实验研究，探讨了串联电阻对大面积染料敏化太阳电池光伏特性的影响问题，给出了解决这一问题的有效方法. 在此基础上制作的大面积条状电池(0.8cm×18cm)光电转换效率达到6.89%，而由此条状电池并联组成的大面积电池(15cm×20cm)的效率接近6%. 使得大面积染料敏化太阳电池的研究工作取得突破性进展，迈出了实用化的关键一步，为其工业化生产及商业化应用提供了理论和实验依据. 关键词： 大面积 染料敏化 太阳电池 串联电阻     

一种新型的染料敏化紫外光电池

利用浸渍提拉法制备了纳米TiO₂多孔膜.采用紫外光源,以[Fe(CN)₆]^3-/[Fe(CN)₆]^4-溶液为电解质,分别以两种染料敏化纳米TiO₂膜为光阳极制成了一种新型的紫外光电池,探讨了该电池的伏安特性曲线.电池最大电压为0.36 mV,最大电流密度为0.02 μA/cm²,同时对染料敏化电极的光电转换机理进行了初步讨论.     

TiO2 Nanoparticles Produced by Electric-Discharge-Nanofluid-Process as Photoelectrode of DSSC

利用自制TiO₂纳米粒子研究敏化染敏太阳能电池. 使用自制的旋转涂布加热平台装置将产出的TiO₂粒子均匀的涂布在ITO导电玻璃上形成薄膜,浸泡于N-719 染料中12小时以上作为DSSCs的光电极 元件,最后完成染料敏化太阳能电池的系统组装并进行光电转换效率测量. 实验结果表明,放电过程产出的TiO₂纳米粒子具有锐钛矿晶相,粒径尺寸可控制在20～70 nm,粒子表面电位约为-30 mV,是稳定的纳米悬浮夜. 添加0.5 mL 的Triton X-100在导电玻璃表面上,利用的旋转涂布加热到22 oC可以制得厚度均匀缜密的薄膜结构,不但粒子不受到热处理效应与介面活性剂的影响而发生晶相改变,并且薄膜也有良好的染料吸附效果. 较厚二氧化钛薄膜的光电极会提升敏化染敏太阳能电池的效率. 实验结果得知,以15 μm的二氧化钛薄膜组装DSSCs测得最高效率2.15%,但是当薄膜厚度超过15 μm 则会导致开路电压与充填因子逐渐下降,光电转换效率变差.     

丝网印刷制备染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池（DSSC）是太阳能电池研究的热点领域之一,使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO₂薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、简单的制备工艺和高的光电转换效率（PCE）的特点,这类太阳能电池受到人们广泛关注。为了提高这类太阳能电池的光电转换效率,通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要,采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。用溶胶-凝胶法制备了TiO₂胶体,通过扫描电镜看出TiO₂薄膜具有多孔结构,其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附,也有利于提高电池对太阳光的吸收率。经过高温烧结后丝网印刷的TiO₂薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰,意味着TiO₂颗粒已经完全晶化且粒径增加。制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密,使得TiO₂薄膜的XRD衍射峰逐渐增强,而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO₂胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。用不同网目印刷了单层TiO₂光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况,发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好,而400网目印刷太阳能电池的性能最差,这与XRD观察的结果一致。再分别采用网目为100目、200目、300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO₂薄膜,以此为基础组装DSSC。实验结果表明：通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO₂薄膜,组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升,其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理,在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固,且电池制备的步骤简单、重复性好,能量转换效率较高。     

基于溶液加工氧化石墨烯的高性能有机太阳能电池

采用溶液旋涂法在铟锡氧化物(ITO)电极上制备氧化石墨烯(GO)薄膜作为有机太阳能电池(OPVs)的空穴传输层,通过调控旋涂转速优化了氧化石墨烯薄膜的厚度并研究了膜厚对于器件性能的影响规律。在此基础上,通过紫外臭氧(UVO)处理和热处理等方法进一步提升电池器件的性能。结果表明:在紫外臭氧处理和热处理温度为250℃时,所得电池器件的效率最优,达到3.16%,接近于使用经典聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)材料的电池器件水平。这一结果表明具有低成本、可溶液加工以及优异的光透过性等特点的氧化石墨烯会成为一种未来非常有前景的有机太阳能电池的空穴传输层材料。     

石墨烯与复合纳米结构SiO_2@Au对染料敏化太阳能电池性能的协同优化

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSCs)因其制备工艺简单、成本低廉以及优异的光学性质在近年来引起了大家的广泛关注.为了获得更优的光电性能,利用球磨法制备了一系列不同含量纳米结构SiO_2@Au和固定含量石墨烯协同掺杂的复合光阳极薄膜,并制备了相应的DSCs.研究了纳米结构SiO_2@Au和石墨烯联合掺杂对光阳极及其相应DSCs光电转换性能的影响.金纳米颗粒因其局域表面等离子体共振效应能够有效提高DSCs的短路电流密度.而石墨烯作为典型的二维材料,具有较大的比表面积以及高导电性等优异性质,有利于增加薄膜的比表面积.当纳米结构SiO_2@Au和石墨烯协同掺杂至光阳极薄膜内部,且SiO_2@Au掺杂量为1.5%时,相应电池的短路电流密度为15.59 m A·cm–2,光电转换效率为6.68%,相比基于传统纯TiO_2光阳极电池的性能分别提高了15.67%和8.8%.研究表明,基于不同含量复合纳米结构SiO_2@Au和固定量石墨烯共掺的DSCs性能的提高,主要归因于复合纳米结构SiO_2@Au的掺入,其中分布较为均匀的金纳米颗粒作为光学天线可以将光局域到颗粒表面,增强表面电磁场强度,有效增强光与物质的相互作用,优化了染料的光吸收能力,增加薄膜内部光生载流子数量.而石墨烯的引入则改善了光阳极薄膜的比表面积,增加了薄膜整体对染料的吸附量,且石墨烯良好的导电性能加快了光生载流子的传输,两者协同作用实现了DSCs的光电转换性能的优化.