新型多孔凝胶电解质的制备及其在准固态柔性基染料敏化太阳电池中的应用

制备了一种新型多孔聚丙烯酸/十六烷基三甲基溴化铵聚吡咯凝胶电解质,并将其应用于柔性基染料敏化太阳电池(DSSC)。通过扫描电镜表征、热重分析测试、电化学性能测试和柔性电池光电性能测试等手段,分析了凝胶电解质对柔性基DSSC的光电性能影响。研究结果表明:随着聚吡咯的引入,提高凝胶电解质导电性以及催化电解质中的I-/I3-离子电对等性能,最终在100mW/cm2[大气质量(AM)1.5]光照条件下,测得基于该准固态凝胶电解质的柔性基DSSC光电转换效率达1.28%。     

二硒化铁/还原氧化石墨烯的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

通过水热反应合成出二硒化铁/还原氧化石墨烯(FeSe₂/rGO)复合材料, 并将其作为对电极材料应用于染料敏化太阳能电池(DSSC). 利用X射线衍射、拉曼光谱、场发射扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对FeSe₂/rGO的结构和形貌进行了表征. 利用循环伏安法、电化学阻抗谱和Tafel曲线测试分析了FeSe₂/rGO对电极的电催化活性. 结果表明: FeSe₂呈纳米棒结构, 长度在100-200 nm之间, 且紧密地附着在rGO 的表面, FeSe₂/rGO对电极对I₃^-的还原具有很好的催化活性. 电池的J-V曲线测试显示: 基于FeSe₂/rGO对电极的DSSC的转换效率达到了8.90%, 相比基于单纯的FeSe₂对电极的DSSC(7.91%)和rGO对电极的DSSC(5.24%)都有了显著提高, 甚至优于铂对电极的DSSC(8.52%).     

交联孔隙结构TiO_2-PEDOT:PSS纳米复合薄膜的制备及作为对电极的应用

以TiO2为多孔模板并以聚3,4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)为催化材料合成了具有交联孔隙结构的TiO2-PEDOT:PSS纳米复合薄膜(TPNF),并将其作为对电极应用于染料敏化太阳电池(DSC)。首先将TiO2纳米颗粒沉积在导电的掺杂氟的SnO2透明玻璃(FTO)上形成骨架和孔隙均在纳米级别的模板,随后将PEDOT:PSS水溶液附着在模板的骨架表面,最终经热处理获得TPNF。通过优化模板结构和旋涂转速,获得了催化活性优异的TPNF,组装后DSC的填充因子和转换效率分别达到0.528和4.57%,均远高于纯PEDOT:PSS薄膜组装的器件的填充因子(0.297)和转换效率(1.98%)。改善的光电性能归功于TPNF具有优异的协同效应:导电的TiO2骨架为电子迁移提供了快速路径,同时涂覆在骨架表面的PEDOT:PSS通过扩展表面积为还原电解质提供了更多的催化活性点。     

肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化

有机-无机杂化钙钛矿材料有高吸收系数、低廉的制作成本以及较为简单的制备工艺,在近年来表现出良好的发展前景.本文采用wx-AMPS模拟软件对平面结构钙钛矿太阳电池和肖特基钙钛矿太阳电池进行建模仿真对比,从理论上分析无载流子传输层的肖特基钙钛矿太阳电池的优势.结果显示,器件两侧电极功函数和吸收层的能带分布是提高太阳电池效率的关键.在对电极使用Au(功函数为5.1 eV)的前提下,透明导电电极功函数为3.8 eV,可以得到肖特基钙钛矿太阳电池转换效率为17.93%.对器件模型吸收层进行优化,通过寻找合适的掺杂浓度,抑制缺陷密度,确定合适的厚度,可以获得理想的转换效率(20.01%),是平面异质结结构(理论转换效率31%)的63.84%.肖特基钙钛矿太阳电池在简单的器件结构下可以获得优异的光电性能,具有较好的应用潜力.     

氮/硫共掺杂多孔碳纳米片的制备及其电化学性能

二维多孔碳材料能够提供较短的电解质扩散通道和较快的电子传输过程,因此在能量转换和储存装置中表现出优异的电化学性能.近年来的理论和实验研究表明,两元素共掺杂可使二维多孔碳材料的电化学性能得到明显提高.因此,共掺杂二维多孔碳材料的制备成为目前的研究热点之一.本文以甲基橙-FeCl₃复合物为模板引发剂制备了甲基橙掺杂的聚吡咯纳米管,通过对聚吡咯纳米管与KOH混合物（重量比为1：2）在700 ℃进行热处理,制备了二维石墨烯状氮/硫共掺杂多孔碳纳米片.所制备的氮/硫共掺杂多孔碳纳米片相互连结,形成了多级孔结构.氮气吸附分析表明多级孔结构包含微孔、介孔和大孔,这使所制备的氮/硫共掺杂多孔碳纳米片具有较高的比表面积（1744.58 m²/g）和孔体积（1.01 cm³/g）.共掺杂多孔碳纳米片中的掺杂氮以吡啶氮、吡咯氮和季胺氮形式存在,掺杂硫以噻吩硫和氧化态硫形式存在,二者之间的协同效应能够明显改善碳纳米片表面的浸润性,增加表面电化学活性点.这些特征使所制备的氮/硫共掺杂多孔碳纳米片表现出优异的电化学性能.用氮/硫共掺杂多孔碳纳米片制备的量子点敏化太阳能电池对电极,对多硫电解质再生反应的电催化活性与传统PbS对电极相近,所组装电池的光电转换效率可达到4.30%（100 mW/cm²）.氮/硫共掺杂多孔碳纳米片作为超级电容器电极材料,以6 M（1 M=1 mol/L）KOH为电解质,电流密度为0.4 A/g,比电容达到312.8 F/g.即使电流密度增加到20 A/g,比电容仍达到200.6 F/g,表明其具有较好的倍率性能.     

TiO_2/Eu~(3+)下转换薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/Eu3+下转换薄膜,并对其光学特性和光电性能进行了分析。将其应用到染料敏化太阳能电池(DSSC)中,利用其下转换特性将部分紫外光转换为能被染料吸收利用的可见光,提高了DSSC的光照强度,促进了短路电流的增大。荧光光谱显示,下转换薄膜在受到394 nm紫外光照射时可发射出550~640 nm的可见光,具有下转换功能特性。下转换薄膜可以增加电池对太阳光的吸收范围,当涂有二层下转换薄膜时,短路电流密度从8.05 mA·cm-2提高到9.62 mA·cm-2,光电转换效率从3.67%提高到4.32%,转换效率相对提高了17.7%。     

基于新型透明导电电极的有机光伏器件的制备与表征

介绍了一种高功函数的掺杂钛酸镧的氧化铟透明导电阳极并用其制备了有机光伏器件,详细研究了该材料对器件性能的影响,同时对比了ITO为阳极的器件性能。由于ILTO具有较好的掺杂、较高的透过率和高的有效表面功函数等优异的光电特性,与基于ITO的器件相比,ILTO的有机光伏器件的填充因子、短路电流及功率转换效率均得到了优化与提升,填充因子由61.1%提高到63.5%,短路电流由3.26 mA/cm2提高到5.64 mA/cm2,功率转换效率由0.91%提高到1.45%。     

十二烷二酸修饰TiO_2电子传输层改善钙钛矿太阳电池的电流特性

在经典的平面异质结钙钛矿太阳电池中,TiO_2致密层的电子传输性能一直是获得优异光伏性能的决定性因素之一.相较于spriro-OMe TAD等常见的空穴传输材料优异的空穴传输能力,作为电子传输材料的TiO_2的导电性较弱,无法形成良好的电荷匹配.为了解决这个问题,我们使用自组装的十二烷二酸(DDDA)单分子层来修饰TiO_2致密层的表面,TiO_2致密层的导电性能得到大幅提升,并且其能带结构得到优化,促进了电子传输,降低了电子积聚和载流子复合,使得电池的短路电流密度(JSC)从修饰前的20.34 mA·cm~(-2)提升至修饰后的23.28 mA·cm~(-2),进而使得电池在标准测量条件下的光电能量转换效率从14.17%提升至15.92%.同时还发现,通过DDDA修饰TiO_2致密层,所制备的器件的光稳定性显著提升,器件未封装暴露在AM 1.5光强100 mW·cm~(-2)的模拟太阳光下超过720 min,保持初始效率的71%以上且趋于稳定.     

低维钙钛矿光电探测器研究进展

近年来,三维铅卤钙钛矿由于其优异的光电子性能,作为光电器件(如太阳能电池、发光二极管和激光器等)的新型半导体材料被广泛研究,然而三维钙钛矿的铅毒性以及稳定性差严重阻碍了其商业化应用。低维钙钛矿材料由于其优异的光电性能以及稳定性,在光电应用领域引起了广泛关注。除了用于光伏和发光二极管以外,低维钙钛矿已成为未来光电探测器有前途的候选者。本文对低维钙钛矿的结构、光电探测器的种类以及性能参数进行简要介绍,重点阐述了低维钙钛矿光电探测器的研究进展。同时,对本研究领域未来的发展方向进行了讨论。     

大面积染料敏化太阳电池的串联阻抗特性研究

在电子扩散微分方程的基础上,研究了染料敏化太阳电池光生电流和光生电压随光照强度不同的变化关系.提出敏化太阳电池串联阻抗功率损耗模型,理论模拟了大面积电池（有效面积>1 cm²）光电转换效率随多孔薄膜有效面积宽度变化的曲线、透明导电基底膜与银栅极的比接触电阻以及在不同入射光强下银栅极体电阻对大面积染料敏化太阳电池光伏性能的影响.结果表明透明导电基底膜的方块电阻和银栅极体电阻对大面积染料敏化太阳电池的性能有很大影响,而这种影响随光强的减弱逐渐减小. 关键词： 染料敏化 太阳电池 串联阻抗 光电转换效率     

Application of Pt sputter-deposited counter electrodes based on micro-patterned ITO glass to quasi-solid state dye-sensitized solar cells

The effects of the Pt catalyst sputter deposited on the patterned ITO glass (SD-Pt/pITO) on the photovoltaic properties and charge-transfer characteristics at the Pt/electrolyte interface of dye-sensitized solar cells (DSSCs) are studied and compared with those of a conventional Pt counter electrode deposited by thermal reduction on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass (TD-Pt/FTO). The DSSC with the SD-Pt/pITO (sample cell) shows a lower charge-transfer resistance than that of the DSSC with the TD-Pt/FTO (reference cell), which leads to an improvement of its fill factor by about 7.6%. The long-term durability test performed for 1000 h at room temperature reveals that the sample cell retains up to 99% of its energy conversion efficiency, while that of the reference cell is degraded by about 7.2%.     

PTCDI-C8作为阴极修饰层提高钙钛矿太阳能电池的性能

采用N,N'-二正辛烷基-3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺（PTCDI-C₈）对钙钛矿电池电子传输层（PCBM）进行界面修饰以减少PCBM与Al电极之间的漏电流,提高阴极的电子收集效率。通过调节PTCDI-C₈薄膜的厚度优化界面接触和电子传输性能。实验结果表明：当PTCDI-C₈薄膜的厚度为20 nm时得到的器件性能最优。光电转换效率（PCE）由5.26%提高到了8.65%,开路电压（V_oc）为0.92 V,短路电流（J_sc）为15.68 mA/cm²,填充因子（FF）为60%。PTCDI-C₈能够有效阻挡空穴向阴极传输,同时PTCDI-C₈具有较高的电子迁移率以及较高的稳定性,在增加电子传输的同时,可减少环境对PCBM的侵蚀,提高了器件的稳定性。     

Flexible TiO<Subscript>2</Subscript> nanotube-based dye-sensitized solar cells using laser-drilled microhole array electrodes

Here we report on the growth of TiO₂ nanotube arrays (TNAs) on Ti foil with laser-drilled microhole arrays (MHAs). The MHAs promoted the adhesion of the TNA film to Ti substrate, which is well suited for flexible dye-sensitized solar cells (DSSCs). The MHA photoanode and TNAs were characterized by SEM, 3D optical profiling, XRD and TEM. For such a flexible MHA photoanode, the TNA-based DSSC was assembled using a platinized conductive glass counter electrode, and a conversion efficiency of 3.45% was achieved under AM 1.5 condition. A flexible TNA-based DSSC was also fabricated using a flexible MHA photoanode combined with a platinized indium tin oxide-polyethylene naphthalate counter electrode, which achieved 2.67% photovoltaic conversion efficiency under simulated AM 1.5 sunlight.     

染料敏化太阳能电池Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备及性能

用溶胶-水热法制备了Sm3+掺杂的Ti O2粉体(Ti O2∶Sm3+),将其按不同质量分数掺杂到P25基体中,制备了具有下转换功能的光阳极,并将其用于染料敏化太阳能电池中,提高了电池的光电性能。荧光光谱显示,Ti O2∶Sm3+粉体可以将紫外光转换为570~700 nm的可见光。当下转换光阳极中Ti O2∶Sm3+粉体的掺杂质量分数为80%时,短路电流密度达到13.12 m A/cm2,与纯P25光阳极相比,提高了26.5%,转换效率也提高了23.5%。     

Low platinum loading PtNPs/graphene composite catalyst with high electrocatalytic activity for dye-sensitized solar cells

Platinum nanoparticles(PtNPs)/graphene composite materials are synthesized by a controlled chemical reduction of H2PtCl6 on graphene sheets.The electrocatalytic activity of a PtNPs/graphene composite counter electrode for a dye-sensitized solar cell(DSSC) is investigated.The results demonstrate that the PtNPs/graphene composite has high electrocatalytic activity for the dye-sensitized solar cell.The cell employing PtNPs(1.6 wt%)/graphene counter electrode reaches an conversion efficiency(η)of 3.89% upon the excitation of 100 mW/cm2 AM 1.5 white light,which is comparable to that of the cell with a Pt-film counter electrode(η=3.76%).It suggests that one can use only 14% Pt content of the conventional Pt-film counter electrode to obtain a comparable conversion efficiency.It may be possible to obtain a high performance DSSC using the PtNPs/graphene composite with a very low Pt content as a counter electrode due to its simplicity,low cost,and large scalability.     

双电子传输层对有机发光二极管效率及其衰减的改善

采用Bphen和BCP制成双电子传输层(Doubleelectrontransportlayers, DETLs)的有机发光二极管器件, 与Bphen单独作ETL的器件相比, DETLs器件具有较小的空穴漏电流, 效率提升10%。与BCP独自作ETL的器件相比, 更多的电子注入使DETLs器件的效率在50~600mA/cm²的电流范围内没有衰减。BCP作ETL的器件的效率从50mA/cm²时的2.5cd/A衰减至300mA/cm²的2.1cd/A, 衰减了16%。Cs₂CO₃:BCP独自作ETL的器件效率在50~300mA/cm²的电流范围内衰减了30%, 而Bphen/Cs₂CO₃:BCP作DETLs的器件效率在50~600mA/cm²的电流范围内衰减幅度为0, 原因是Bphen阻挡了Cs原子扩散至发光层。     

梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响

基于传统的体异质结有机太阳能电池结构, 对结构中的混合层改用梯度掺杂的方法, 在AM1.5, 100 mW/cm²光照下, 使得器件的短路电流由原来的7.72 mA/cm²提高到了9.18 mA/cm², 相应的光电转换效率提高了25%. 器件性能的提升归因于梯度掺杂体系的引入使得体异质结混合层中同一材料分子之间形成了较好的连续网络结构, 降低了器件的串联电阻, 提高了电极对载流子的收集效率, 从而提高了器件的光电转换效率. 关键词： 有机太阳能电池 体异质结 梯度掺杂     

Facile synthesis of nitrogen-doped reduced graphene oxide as an efficient counter electrode for dye-sensitized solar cells

A nitrogen-doped reduced graphene oxide (N-RGO) nanosheet was synthesized by a simple hydrothermal method and characterized by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electrode microscopy. After being deposited as counter electrode film for dye-sensitized solar cells (DSSCs), it is found that the synthesized N-RGO nanosheet has smaller charge-transfer resistance and better electrocatalytic activity towards reduction of triiodide than the reduced graphene oxide (RGO) nanosheet. Consequently, the DSSCs based on the N-RGO counter electrode achieve an energy conversion efficiency of 4.26%, which is higher than that of the RGO counter electrode (2.85%) prepared under the same conditions, and comparable to the value (5.21%) obtained with the Pt counter electrode as a reference. This N-RGO counter electrode offers the advantages of not only saving the cost of Pt itself but also simplifying the process of counter electrode preparation. Therefore, an inexpensive N-RGO nanosheet is a promising counter electrode material to replace noble metal Pt.

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Graphical abstract A nitrogen-doped reduced graphene oxide nanosheet was synthesized by a simple hydrothermal method, which is a promising counter electrode material to replace noble metal Pt.

     

基于聚多巴胺/氧化锌复合阴极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

利用多巴胺氧化自聚合形成聚多巴胺(PDA)与ZnO结合形成PDA/ZnO复合阴极缓冲层,制备了以P3HT:PC_(61)BM为活性层的倒置结构聚合物太阳能电池,通过改变PDA的自聚合时间来分析复合阴极缓冲层对器件性能的影响.实验发现,随着PDA的自聚合时间的增加,聚合物太阳能电池的光电转换效率先增大后减小,当自聚合时间为10 min时,相应器件光伏性能达到最优值,其开路电压V_(OC)为0.66 V,短路电流密度J_(SC)为9.70 mA/cm~2,填充因子FF为68.06%,光电转换效率PCE为4.35%.器件性能改善的原因是由于PDA/ZnO复合阴极缓冲层减小了ZnO与ITO之间的接触电阻,同时PDA中存在大量的氨基有利于倒置太阳能电池阴极对电子的收集.