染料敏化太阳电池研究进展

本文介绍了染料敏化太阳电池(DSC)的结构和基本原理，综述了DSC各项关键技术的实验和产业化研究最新成果。对DSC中的几个重要组成部分：纳米半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底材料等几个方面的研究进展进行了详细的评述。回顾了DSC从实验室小电池研究到大规模产业化研究的发展，对该领域未来发展前景进行了展望。     

染料敏化纳米薄膜太阳电池实验研究

染料敏化纳米薄膜太阳电池（DSCs）的性能主要是由纳米多孔TiO２₂薄膜、染 料光敏化剂 、电解质、反电极（光阴极）等几个主要部分决定的.通过优化DSCs各项关键技术和材料的 性能，并通过小面积DSCs的系列实验和优化组合实验来检测各项参数对DSCs性能的影响，获 得在光照1个太阳（AM15）下，光电转换效率达到895%.这为进行产业化制备大面积DSCs 打下了良好基础. 关键词： 染料敏化 太阳电池 优化 效率     

有机空穴传输材料在钙钛矿太阳电池中的应用

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池(PSCs)由于其诸多优点得到广泛关注,而有机固态空穴传输材料(HTMs)代替液体电解质使其得到飞速的发展,提升了电池的效率和稳定性,已经成为PSCs的重要组成部分。目前应用于PSCs的空穴传输材料分为有机空穴传输材料和无机空穴传输材料两大类。无机空穴传输材料的可选择范围较窄,对应器件的光电转换效率相对较低。开发各类能级匹配、空穴迁移率高的有机空穴传输材料是提高器件效率和稳定性的有效手段,成为相关领域的研究热点。本文依据相对分子质量的大小,将应用于PSCs中的有机空穴传输材料分为小分子类和聚合物类空穴传输材料,详细评述了有机空穴传输材料分子结构对PSCs光电转换效率、填充因子、开路电压、短路电流和稳定性的影响,并对其能级、空穴迁移率的高低、添加剂的使用等进行了讨论。最后详细论述了有机空穴传输材料未来的研究重点和发展趋势。     

共吸附剂修饰TiO2电极及其在染料敏化太阳电池中的应用

在染料敏化太阳电池中, 引入共吸附剂通常有抑制染料聚集和提高电池性能的作用. 通过光谱电化学、线性伏安扫描和电化学阻抗谱(EIS)研究了几种以单羧酸基为吸附基团的共吸附剂对纳米TiO₂薄膜的修饰作用. 结果表明本实验中的共吸附剂均能使TiO₂平带电势负移, 并抑制TiO₂导带电子的复合, 其中胆酸类共吸附剂表现出较好的暗电流抑制性能. 适当浓度共吸附剂的引入能够提高N719染料敏化太阳电池的开路电压、填充因子和光电转换效率.     

1-甲基-3-己基咪唑碘在染料敏化太阳电池中的应用研究

利用超微铂电极和循环伏安法, 以及电化学阻抗谱研究了在1-甲基-3-己基咪唑碘(HMII)的3-甲氧基丙腈(MePN)溶液中I₃^－和I^－的氧化还原行为, 并对比了由不同浓度的I₂和HMII组成的电解质溶液对染料敏化纳米薄膜太阳电池(DSCs)光伏性能的影响. 发现以MePN为溶剂, 含1.0 mol•dm^－3 HMII, 0.12 mol•dm^－3 I₂, 0.10 mol•dm^－3 LiI和0.50 mol•dm^－3 4-叔丁基吡啶的电解质溶液, 其DSCs的短路光电流密度为14.06 mA•cm^－2, 开路电压为0.71 V, 填充因子为0.69, 光电转换效率达6.81%.     

染料敏化太阳电池中TiO2/染料/电解质界面的修饰

染料敏化太阳电池(DSC)作为新型太阳电池自问世以来受到了广泛关注, 其系统内部的接触界面尤其是TiO₂/染料/电解质界面一直是该领域的研究热点. 光敏染料的吸附以及电子的注入、传输和复合都发生在该界面, 其界面性质对DSC性能具有很大影响. 对染料敏化太阳电池中TiO₂/染料/电解质界面进行修饰可以有效抑制染料聚集和电子复合, 提高电子的注入效率与传输速率; 同时, 对TiO₂导带边的位置及染料吸附等也产生一定的影响, 最终提高电池的光电转换效率和稳定性. 本文主要从不同的修饰途径详细评述了TiO₂/染料/电解质界面修饰方法及机理研究进展,包括TiO₂光阳极的修饰改性、染料溶液中共吸附剂的引入和多种染料共敏化处理以及电解质中不同功能添加剂的应用. 指出了这些修饰方法目前存在的主要问题, 并对未来的发展方向进行了展望.     

两亲型多吡啶钌(II)染料的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用

合成了两亲型多吡啶钌(II)配合物：顺式-二异硫氰根(4,4'-二叔丁基-2,2’-联吡啶)(4,4’-二羧酸-2,2’-联吡啶)合钌(II)(K005)，并用循环伏安法、核磁共振氢谱、紫外－可见吸收光谱、傅立叶变换红外光谱等对其进行了表征。该配合物在537和418 nm处有强的金属－配体电荷转移吸收带，可以在很宽带光谱范围内对纳米二氧化钛薄膜进行敏化。对K005染料的光物理和光化学性能和著名的N3染料和两亲型染料Z907进行了对比。通过循环伏安测试，观察到了一对可逆氧化还原电对，其阳极峰电位和阴极峰电位差0.08 V，半波电位为0.725 V(相对于饱和甘汞电极)，这个电对归属于RuII/III的氧化还原。这个配合物成功用作染料敏化太阳电池的敏化剂，在未对二氧化钛薄膜和电解质进行优化时，在AM 1.5，100 mW cm-2的太阳辐照下，获得了3.72%的光电转换效率。     

染料敏化纳米薄膜太阳电池电解质的优化

探讨了小面积染料敏化纳米薄膜太阳电池放大到大面积太阳电池组件时,各种电解质体系对电池性能的影响,综合优化了各种电解质的性能,同时与大面积电池(0.8cm×18cm)制作相结合,获得符合电池各种性能要求的最佳配比的电解质体系.光电转换效率可达到6.48%.     

温度对不同电解质的大面积DSCs电池性能的影响

从实验和理论上探讨了温度对染料敏化纳米薄膜太阳电池性能的影响.初步研究了其性能随温度的变化规律.在解决液体电解质染料敏化纳米薄膜太阳电池的基础上,利用乙醇作为冷冻液,通过控制冷冻液的温度来恒温电池的温度,模拟制作了实用化电池,其尺寸(15cm×20cm)基本接近实用化.     

染料敏化纳米薄膜太阳电池中的染料敏化剂

简要介绍了化学太阳电池的原理和染料敏化剂的发展历史,将现有染料敏化纳米薄膜太阳电池(简称DSCs)中的染料敏化剂分为有机和无机两大类,详细介绍了其中的羧酸多吡啶钌、膦酸多吡啶钌、多核联吡啶钌染料和有机染料的研究进展;介绍了其它染料敏化剂和多种染料协同敏化的研究现状;评述了染料敏化剂在染料敏化纳米薄膜太阳电池中应用的研究进展。