染料敏化纳米晶太阳能电池

半导体纳米晶颗粒形成的膜具有非常大的比表面积，其表面上可以吸附大量的染料分子，因而可以有效地吸收太阳光，并将其转化为电能。本文介绍了染料敏化纳米晶太阳能电池的基本原理以及电池的结构。从电池各个组成部分分别介绍了染料敏化纳米晶太阳能电池的发展及其研究现状。     

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.     

染料敏化稀土离子修饰二氧化钛纳米晶电极的光电化学性质

制备了N3染料敏化的稀土离子表面修饰二氧化钛纳米晶电极. 由于在新电极表面形成了一个势垒, 这个势垒可以有效地抑制电极表面的电荷复合, 因此改善了电极的光电转化性质. 其中N3染料敏化Yb³⁺离子修饰TiO₂电极在73.1 mW/cm²白光照射下的光电转化效率比TiO₂电极增大了15%.     

染料敏化纳米太阳能电池

本文介绍了染料敏化纳米太阳能电池的结构和原理,对纳米TiO₂膜、敏化染料、空穴传输材料的研究进展进行了综述.     

静电喷雾法制备高效染料敏化太阳能电池的二氧化钛光阳极

TiO2光阳极膜是染料敏化太阳能电池（DSSC）的核心部件之一,它对电池的光电转换效率起决定性作用．TiO2电极一般采用刮涂法和丝网印刷法制备．近3年,通过静电喷雾制备光阳极的方法得到国内外学者的关注．静电喷雾制备光阳极会受到多种因素的影响,如电压、流速、悬浮液浓度、喷雾距离以及喷雾时间等．但这些因素对成膜和DSSC器件性能的影响却没有得到全面的研究或者报道．本文使用静电喷雾法制备了多孔TiO2纳米膜,并研究了以其为电极的电池器件特性．经过超声充分分散的稳定TiO2乙醇悬浮液在高电压下喷雾到导电玻璃上成膜．通过改变电喷雾距离,得到了具有不同形貌的TiO：光阳极膜,并解释了其形成的机理及其对电池性能的影响．研究还表明,光阳极膜的TiC14处理能够很好地改善电池性能．通过优化,基于流速为0．8mL／h、电喷雾距离和时间分别为2．2cm和8min条件下制备的光阳极,结合TiC14处理,组装的电池在模拟太阳光源AM1．5G下光电转化效率达6．24％．     

染料敏化太阳能电池的制作工艺及光伏特性实验教学研究

以TiO2基染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,简称DSSC)的制作及其光伏特性实验研究为例,开展了太阳能电池精品实验建设。实验制作了纳米TiO2基DSSC,研究了四氯化钛前处理对DSSC光电性能的影响,计算了DSSC的各性能参数并对其微结构进行了表征。通过精品实验的训练,学生所学的理论知识得到综合应用,学生的创新实践能力和科学思维得到了提高。     

染料敏化太阳能电池TiO2电极的制备及电解质的影响

采用溶胶-凝胶水热法制备了锐钛矿型纳米晶TiO₂薄膜电极,在乙二醇碳酸酯(EC)/1,2-丙二醇碳酸酯(PC)电解液体系中,研究了I₂和KI含量对电极光电性能的影响,发现随着电解液中I₂含量的增加,电池的短路光电流呈现先增加后减小的趋势,但光电流增加和减少的幅度并不大,同时体系的暗电流不断增加,光电压不断下降;随着电解液中KI含量的增加,电池的短路光电流也不断增加,当KI的含量大于0.2 mol/L时,电池的短路光电流的增加的趋势减缓.并对电解液中I₂和KI含量对电池光电性能影响的原因进行了初步的探讨.     

二氧化钛多孔纳米片在染料敏化太阳电池中的应用

运用连续吸附反应法和化学腐蚀-沉积法,用ZnO/FTO（氟掺杂氧化锡）多孔纳米片为模板,制备了TiO₂/FTO多孔纳米片。研究了吸附次数对形貌、光散射性能和染料敏化太阳电池性能的影响。最佳吸附次数为30,由此得到的太阳能电池的效率、短路电流密度J_sc、开路电压V_oc和填充因子FF分别为：5.57%、9.26mA·cm^-2、0.835V和72.04%。这个效率略高于P₂₅（5.32%）,但远高于ZnO（2.41%）。     

水热法可控合成二氧化钛纳米晶及其在染料敏化太阳能电池中的应用

本文报道了水热法可控合成二氧化钛纳米晶及其在染料敏化太阳能电池中的应用.选择合适的有机碱胶化剂,能很好地控制二氧化钛纳米晶的生长,形成不同形貌和粒径的锐钛矿型二氧化钛纳米晶颗粒.染料敏化太阳能电池光电性能测试结果表明,以四乙基氢氧化铵为胶化剂合成的边长为8～13nm的正方形二氧化钛纳米晶构成的光阳极光电性能优于以四丁基氢氧化铵为胶化剂合成的边长为7～10nm的正方形二氧化钛纳米晶以及长18～35nm,宽10～18nm的长方形二氧化钛纳米晶构成的光阳极.用较高浓度的四甲基氢氧化铵胶化剂能合成球形或椭球形亚微米级二氧化钛颗粒,以其为散射中心在光阳极中构建散射层,染料敏化太阳能电池的光电转换效率能由6.77%提高到8.18%.     

二氧化钛多孔纳米片在染料敏化太阳电池中的应用

运用连续吸附反应法和化学腐蚀-沉积法,用ZnO/FTO(氟掺杂氧化锡)多孔纳米片为模板,制备了TiO2/FTO多孔纳米片。研究了吸附次数对形貌、光散射性能和染料敏化太阳电池性能的影响。最佳吸附次数为30,由此得到的太阳能电池的效率、短路电流密度Jsc、开路电压Voc和填充因子FF分别为:5.57%、9.26 mA·cm-2、0.835 V和72.04%。这个效率略高于P25(5.32%),但远高于ZnO(2.41%)。     

Y2O3/TiO2 "核-壳"结构在染料敏化太阳电池中的应用

在纳米TiO₂多孔薄膜表面包覆超薄绝缘体,形成"核-壳"结构的势垒层,是目前染料敏化太阳电池（DSC）光阳极改性的研究热点之一.本文选取氧化钇（Y₂O₃）作为包覆层材料,采用浸渍法对纳米TiO₂多孔薄膜进行修饰,研究Y₂O₃包覆处理对TiO₂薄膜微观结构及能带结构的影响;将浸渍法制备得到的Y₂O₃/TiO₂"核-壳"结构光阳极应用于DSC中,研究了饣覆层对电子传输复合以及DSC光电转换性能的影响.结果表明,Y₂O₃包覆处理后,薄膜的平带电势负移,且电子复合得到有效抑制,电子寿命增大,电池的开路电压明显提高.研究表明,适量引入Y₂O₃可以达改善电池性能的目的.     

准固态染料敏化太阳能电池中电解质体系的研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells)是新一代将光能转化为电能的重要能源转换装置。它具有低廉的材料和器件制作成本、较高的光电转换效率以及电池制作过程简单等诸多优点,拥有广阔的应用空间和巨大的潜在商业价值,因而吸引了广泛的研究关注。染料敏化太阳能电池主要由染料敏化的光阳极、电解质和对电极三个部分组成。其中,电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其对离子的传导和扩散,以及促进染料再生的能力极大地影响着染料敏化太阳能电池的电荷传输和光电性能。本文聚焦于染料敏化太阳能电池准固态电解质体系,主要从聚合物凝胶电解质、有机小分子凝胶电解质和无机纳米粒子凝胶电解质三大方面综述讨论了该研究领域当前最新研究进展,并对其未来研究趋势进行了展望。     

敏化染料分子长径比对太阳能电池性能的影响

采用同一系列但分子长径比不同的3种染料:2-氰基-3-[2-[4-{2-[4-N,N-二(4-甲基苯基)氨基苯基]乙烯基}-苯基氨基)-嘧啶-5-取代基]-丙烯酸(MTPA-Pyc)、2-氰基-3-(4-{2-[4-N,N-二(4-甲基苯基)氨基苯基]乙烯基}-苯基)-丙烯酸(MTPAcc)和2-氰基-3-[4-N,N-二(4-甲基苯基)氨基苯基]-丙烯酸(MTPAc),研究了在不同吸附溶剂中3种染料分子在Ti O2上的吸附量和聚集态,探讨了敏化染料分子长径比对染料敏化太阳电池性能的影响.结果表明,MTPAcc具有最合适的分子长径比,其在Ti O2表面的吸附量及应用的光电性能最高;吸附溶剂的极性增大有利于提高染料的吸附量,但也会影响染料分子的聚集态.当以四氢呋喃为吸附溶剂时,MTPAcc在Ti O2表面的吸附量大且不发生聚集,对应的敏化太阳能电池器件在所有结果中表现最好,在490 nm处的单色光光电转化效率(IPCE)极值达到84%,总光电转化效率(η)达到5.72%.     

Composite Electrode SnO2／TiO2 for Dye-Sensitized Solar Cells

Composite nanoporous electrode SnO2/TiO2 was fabricated for the dye sensitized solar cell (DSSC) with N3 (Cis-Ru). After introducing of TiO2, the open-circuit photovoltage (Voc) was higher than that of the pure SnO2 electrode, while short-circuit photocurrent (Isc) was varied with the ratio of the TiO2. Appropriate content of the TiO2 can be beneficial to the efficiency of the solar cell, and it gives negative impact on the composite electrode when the content of TiO2 is higher.     

苯并噻唑碘的改进合成及其在染料敏化太阳电池中的应用

利用高压釜提高反应温度合成了3-甲基苯并噻唑碘(MBTI)和2,3-二甲基苯并噻唑碘(DMBTI),研究了杂环上2位甲基对苯并噻唑碘的热稳定性和熔点的影响;使用超微铂电极循环伏安法和电化学阻抗谱研究了苯并噻唑阳离子结构对I3-和I-的氧化还原行为及Pt电极/电解质界面的影响,并组装成染料敏化太阳电池(DSCs).结果表明:该合成方法具有操作简便,反应时间短,产物提纯容易,产率高的特点;DMBTI的熔点和热稳定性均高于MBTI;当电解质组成为0.1mol·L-1I2,0.1mol·L-1LiI,0.6mol·L-11-甲基-3-丙基咪唑碘(MPII),0.3mol·L-1DMBTI,溶剂为γ-丁内酯,组装的DSCs的短路电流密度为16.91mA·cm-2,开路电压为0.65V,填充因子为0.57,光电转换效率可达6.28%.     

Synthesis and Characterization of Triazolium Iodide Ionic Liquid Electrolyte for Dye Sensitized Solar Cells

Imidazolium iodide compounds have been utilized in the electrolytes for dye sensitized solar cells (DSSC). Most of the investigations with these compounds focus on the formulation of eutectic mixtures that promote efficient dissociation and diffusion of the iodide and triiodide species. Facile alternative synthetic approaches such as click chemistry (Huisgen 3+2 dipolar cycloaddition reaction) can be utilized to broaden the scope of electrochemically stable promising materials for novel electrolyte systems. Here, we report the first example of a triazolium functionalized cyclic siloxane that can be used as an electrolyte component in solvent-based DSSCs. The devices fabricated with this new triazolium salt in the electrolyte yielded short circuit current densities (26 mA/cm²), as well as power conversion efficiencies of 8%, these values are comparable to those obtained for imidazolium salt analogues.     

Hierarchical TiO2 Flower-spheres with Large Surface Area and High Scattering Ability: an Excellent Candidate for High Efficiency Dye Sensitized Solar Cells

Hierarchical TiO₂ flower-spheres assembled from porous nanosheets-stacked of nanoparticles were synthesized by a simple hydrothermal method with one-step. The as-prepared TiO₂ flower-spheres showed a diameter range from 200 nm to 550 nm and a large surface area of 188 m²/g. A double layer photoanode made of P25 nanoparticles and as-prepared TiO₂ flower-spheres was fabricated for the dye sensitized solar cells(DSSCs). The efficient light scattering and dye absorption of the photoanode can be attributed to the top-layer of hierarchical TiO₂ flower-spheres. DSSCs based on the double layers photoanode exhibit a higher energy conversion efficiency of 8.11% with a short-circuit photocurrent density of 17.87 mA/cm², indicating that there is an increase of 38% in the conversion efficiency compared to those based on electrode P25(5.91%, 14.09 mA/cm²).     

N,N′-对羧苄基吲哚三菁敏化纳米TiO2电极的研究

应用光电化学方法研究了N, N′-对羧苄基吲哚三菁（Cy5）染料敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为,优化了敏化的条件.结合Cy5的循环伏安曲线和光吸收阈值,初步确定Cy5电子基态和激发态能级位置.结果表明,Cy5电子激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流,使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区,光电转换效率得到明显改善,在膜厚为6.5μm、敏化时间为6 h的条件下IPCE值（incident photo-to-electricity conversion efficiency）最高可达46.4％,总的光电转换效率η为1.70％.     

pH值对金莲花染料敏化太阳能电池性能的影响

首先从高原金莲花中提取天然染料, 通过紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和傅里叶变换红外(FTIR)吸收光谱确定其主要成分为花色苷. 调节色素溶液的pH值, 组装染料敏化太阳能电池(DSCs)并进行光电性能测试.研究发现, 随着pH值的升高, 电池的开路电压逐渐升高, 但是短路电流密度却先升高后降低. 分析认为这是由于在不同pH值下, 花色苷的结构会发生转换造成的. 在pH=5时, 该天然染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高, 达到0.292%.     

有机染料敏化剂分子设计新进展

综述了应用于染料敏化太阳能电池的多吡啶钌配合物、胺类染料、卟啉和酞菁类染料分子设计方面影响其光电转化效率的因素研究及新进展.