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%.     

多硫电解质对CdS薄膜电池光电性能影响研究

在CdS薄膜的光电化学电池中,多硫电解质起着促进电子传递,减少电子空穴复合几率,从而提高电池光电转换效率的作用;但多硫电解质又会阻碍CdS薄膜对光的吸收。本文通过对CdS纳米管薄膜电池在含硫量不同的电解质中光电性能的考察,证明了0.5 mol/L Na2S、0.5 mol/L NaOH和0.5 mol/L S的液态电解质成分组合为本实验中制得的CdS纳米管薄膜光电化学电池的最佳电解质。     

P(VDF-HFP)基凝胶电解质染料敏化纳米TiO2薄膜太阳电池

采用循环伏安法(CV)研究了凝胶电解质中I₃-/I-氧化还原行为,凝胶电解质中I₃-/I-的表观扩散系数和相应的稳态扩散电流明显低于液体电解质.通过对阴/阳离子的结合能和孔穴阻塞作用的研究解释了凝胶电解质电导率较液体电解质发生变化的原因.制备的凝胶电解质电池具有较高的光电转换效率(6.6%),其短路电流密度(Jsc)仅比液体电解质电池低0.3-0.4 mA/cm²,电池效率也仅低约0.6%.     

聚乙烯醇缩醛基准固态电解质及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用聚乙烯醇缩甲醛(PVF)与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)2种聚乙烯醇缩醛类聚合物制作了准固态电解质并应用在了染料敏化太阳能电池上.利用红外光谱,热力学及电化学的方法对聚合物及聚合物电解质进行了表征,结果表明聚合物中C O及O—C—O基团可以通过氧原子与锂离子相互作用促进Li I的电离.PVB中丙基侧链对其热力学及电化学性能有显著的影响.通过对电解质组成进行优化,PVF和PVB基电解质的电导率分别达到2.5 m S·cm~(-1)及4.2 m S·cm~(-1),极限扩散电流分别为10.05 m A·cm-2(扩散系数为1.84×10-6cm2·s~(-1))和17.89 m A·cm-2(扩散系数为3.23×10-6cm2·s~(-1)).PVF及PVB基准固态染料敏化太阳能电池分别达到了4.18%和6.06%的光电转化效率,并展现了良好的稳定性.     

染料敏化太阳能电池固态电解质

染料敏化太阳能电池(DSCs)具有成本低廉、制作工艺简单、光电转换效率较高等优点,在新一代薄膜太阳能电池中,被认为是最具市场潜力的新型太阳能电池之一.电解质在染料敏化太阳能电池中起到桥梁作用,担负着还原染料、输运载流子完成电池内部循环的作用.液态电解质虽然效率高,但是易挥发和泄露,对电池的稳定性和寿命有很大的影响.因此...     

基于银纳米线复合透明电极的可弯折柔性聚合物太阳能电池

本文设计了一种可以通过刮涂方法制备的基于银纳米线(AgNWs)的柔性复合透明电极,并以此为基础实现了高性能柔性聚合物太阳能电池的制备。 基于银纳米线的柔性复合薄膜(APA)由银纳米线(AgNWs),聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和铝掺杂氧化锌(AZO)纳米粒子在低温下通过多层刮涂的方法制备。 APA透明复合薄膜在550 nm处透光率达到90.90%,面电阻低至13.01 Ω/sq,在柔性基底上具有很高的粘附性。 在透明的APA/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上制备的柔性聚合物太阳能电池(PSCs),能量转换效率达到5.47%。 而且以5 mm为曲率半径,经过1000次循环弯曲实验,电池的能量转换效率仅下降了14%。     

聚(4-乙烯基吡啶)的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用

采用自由基聚合法合成了聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP),并用于制备染料敏化太阳电池的凝胶电介质.研究了P4VP含量对电解质和太阳电池性能的影响.结果表明,以P4VP为骨架通过化学交联固化液态电解质制备的有机胶体电解质体系有机相可溶剂化Li ,当其含量为7.5wt%时体系离子电导率可达5.77mS/cm与液态电解质相当.利用这种准固态电解质制备的敏化太阳电池在100mW/cm2,25℃下获得光电转换效率2.3%.     

硫基离子液体电解质拓宽量子点敏化太阳能电池的应用温度范围

制备了1-甲基-3-丙基咪唑硫离子液体电解质,并应用在量子点敏化太阳能电池中。通过优化S和Na₂S的浓度,电解质的电导率在25℃下达到了12.96 mS·cm^-1。差示扫描量热法分析表明离子液体电解质的玻璃化转变温度为-85℃。采用该电解质的量子点敏化太阳能电池在25℃下达到了3.03%的光电转化效率(η),与采用水基电解质的电池的效率3.34%接近。由于本文中的离子液体电解质具有低玻璃化转变温度和不易挥发的优点,采用离子液体电解质的量子点敏化太阳能电池在-20℃ (η=2.32%)及80℃ (η=1.90%)的温度下表现出了比水基电解质优异的光电转化性能。     

高相转变温度的离子凝胶电解质基准固态染料敏化太阳电池

染料敏化太阳电池(DSC)以其低价、高效等优势, 成为学术界和工业界的研究热点. 传统液态电解质由于易挥发、易泄漏等问题, 导致基于液态电解质的电池难以保持长期稳定, 影响光伏技术的应用. 本文合成了N,N'-1,5-戊二基双月桂酰胺, 将其作为有机小分子胶凝剂(LMOG)胶凝离子液体电解质(ILE)制备了离子凝胶电解质(IGE)并组装成准固态电池(QS-DSCs). 差示扫描量热测试显示该凝胶电解质的相转变温度(T_gel)为104.7℃, 具有良好的本征热稳定性.利用循环伏安法、电化学阻抗谱、调制光电压/光电流谱分别研究了液态电池和准固态电池内部电子传输和复合动力学过程. 结果表明, 凝胶电解质的三维网络结构加速了TiO₂光阳极/电解质界面电子与电解质中I₃^-的复合过程, 使电子寿命降低, 导致准固态电池的光电转换效率略低于液态电池. 在AM1.5 (100 mW·cm^-2)及50℃条件下的加速老化测试结果显示, 持续老化1000 h后其光电转换效率(η)无衰减,而液态电池的光电转换效率衰减为初始值的86%, 表明准固态电池具有良好的光热稳定性.     

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.     

环保型准固态电解质的制备及在染料敏化太阳电池中的应用

本文介绍了一种制备染料敏化太阳电池(DSC)准固态电解质的新方法——混合溶剂法.该方法具有制作工艺简单、所用溶剂对人及环境无污染等优点.将混合溶剂法制备的准固态电解质应用于太阳电池,并系统研究了电解质组成及环境温度对电解质及其DSC性能的影响规律.     

Bulk heterojunction photoelectrochemical cells consisting of oxotitanyl phthalocyanine nanoporous films and I(3)(-)/I(-) redox couple

Photoelectrochemical cells based on oxotitanylphthalocyanine (TiOPc) films and an I(3)(-)/I(-) redox couple have been constructed. The TiOPc films were prepared on an indium-tin oxide coated glass plate (ITO) by the micellar disruption method and characterized by their unique nanoporous structure. A photocurrent action spectrum for input radiation directed through the ITO/TiOPc film, film-thickness dependence, and morphological investigation revealed that the cells consisted of a bulk heterojunction formed between the nanoporous TiOPc films and the liquid I3-/I- electrolyte, resulting in a larger short-circuit current (J(sc)= 2.1 mA/cm(2)), open-circuit voltage (V(oc)= 0.11 V), fill factor (ff= 0.31), and hence a larger energy conversion efficiency (eta= 0.13% for an incident white-light intensity of 53 mW/cm2) than the bilayer structure composed of the vaccum-evaporated TiOPc compact film and the I(3)(-)/I(-) electrolyte (J(sc)= 0.16 mA/cm(2), V(oc)= 0.018 V, ff = 0.27, and eta = (1.5 x 10(-3)%).     

Highly efficient quasi-solid-state quantum-dot-sensitized solar cell based on hydrogel electrolytes

Chemically crosslinked polyacrylamide-based hydrogel has been first used as the polymer matrix to prepare quasi-solid-state polysulfide electrolyte for CdS/CdSe co-sensitized solar cells (QDSCs). The room temperature ionic conductivity of the gel electrolyte reaches 0.093 S·cm^?1. QDSCs based on this quasi-solid-state electrolyte can present up to 4.0% of light-to-electricity conversion efficiency. Meanwhile, the interfacial recombination at TiO₂/electrolyte interface of the cell is also investigated by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS).     

平板结构高效钙钛矿太阳能电池的旋涂溶液溶剂工程

自2009年首次应用于太阳能电池中以来,有机铅卤化物钙钛矿材料得到了极大关注.据文献报道,有机铅卤化物钙钛矿材料在不同结构的太阳能电池中都得到了应用,其中与有机太阳能电池类似的平板结构钙钛矿具有结构简单、制备容易等优点,非常适合用于柔性电池和多节电池等各种应用.在平板结构的太阳能电池中,制备高质量的钙钛矿薄膜至关重要.真空热蒸镀法虽然可以制备厚度均匀的钙钛矿薄膜,获得高的器件性能,但是设备成本较高,不利于大规模生产.而在溶液法中,早期的一步旋涂法和两步法由于没有多孔金属氧化物的支撑,很难制备均匀的钙钛矿平板薄膜;而气相辅助的两步法虽然制备的薄膜比较均匀,但反应时间却比较长.程一兵研究组采用在旋涂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液时滴加氯苯使钙钛矿快速析出结晶的方法,制备了高质量的均匀的CH3NH3PbI3薄膜. Seok研究组采用1,4-丁内酯(GBL)和二甲基亚砜(DMSO)的混和溶剂,在旋涂时滴加甲苯的方法,在多孔二氧化钛上也制得了均匀的CH3NH3PbI3薄膜,取得了很高转化效率(16.7%),但缺少对不同溶剂比例的细致研究,另外,也没有对平板结构电池性能进行研究.
　　本文采用DMF-DMSO和GBL-DMSO作为混合溶剂在二氧化钛致密层上旋涂制备了平板结构的钙钛矿薄膜,并且对混合溶剂的比例对器件性能的影响进行了详细的考察和优化.当纯DMF或纯GBL作为旋涂溶剂时,得到的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜含有大量不连续的晶粒,表面的覆盖度很差,对入射光的吸收远弱于连续均匀的薄膜.而且XRD结果表明,纯DMF或纯GBL作为旋涂溶剂的薄膜残留有前驱体的杂质,对器件性能非常不利.而采用DMSO作为旋涂溶剂时,制得的薄膜表面则比较均匀,几乎达到100%的覆盖.这主要是由于在旋涂溶液中形成了PbI2-CH3NH3I-DMSO的中间相,这样可以避免纯DMF或纯GBL溶剂蒸发时PbI2和CH3NH3I的剧烈反应,因此退火后制得的CH3NH3PbI3薄膜非常均匀.然而由于纯DMSO的高粘度和低挥发速度,并不是非常适合作为旋涂溶剂,因此我们将DMF和GBL加入到DMSO中形成混合溶剂来考察对制备的钙钛矿薄膜质量和器件性能的影响.扫描电镜结果表明,加入20%~40%体积分数的DMF时,形成的薄膜表面非常均匀而且晶粒尺寸很大,达到微米级别,这样有利于减少晶界处的复合,提高电池性能.继续增加DMF比例会导致晶粒减小,晶界和孔隙增多,薄膜表面也更加粗糙.而加入GBL时得到的晶粒要远小于加入DMF时的尺寸,并且随着GBL比例的增加,薄膜的表面变得更加粗糙,孔隙明显增多,严重影响电池性能. XRD结果表明,纯DMSO和混合溶剂制得的薄膜都没有前驱体的残留.紫外可见吸收光谱表明,随着DMF比例的增加,吸收逐渐增强;而随着GBL比例的增加,吸收逐渐减弱.这主要由于不同比例溶剂制得的薄膜厚度有所差异造成的.
　　由相关的薄膜制备的平板结构太阳能电池I-V测试表明：当使用DMF-DMSO混合溶剂时,随着DMF比例由0%增至40%,短路电流和开路电压逐渐增加,填充因子略微减小,总体上导致光电转化效率逐渐增大.随着DMF继续增多,开路电压和填充因子的减小导致转化效率逐渐降低.而当使用GBL-DMSO混合溶剂时,主要受到短路电流的影响,电池的效率明显低于含DMF的混合溶剂的情况,而且随着GBL增多,电池效率逐渐降低.电池的最高转化效率达到了16.5%,最高功率点下固定电压扫描得到的稳态效率也达到了14.4%,高于报道中采用类似结构的电池的性能.由于在整个电池制备过程中,整个实验过程都低于100°C,该方法非常适合未来推广到柔性太阳能电池和多节太阳能电池上.     

Polyvinyl butyral films containing leuco-malachite green as low-dose dosimeters

Thin films containing leuco-malachite green (LMG) dye in polyvinyl butyral (PVB) have been developed for dose measurements of a few hundreds Gy level. The film shows significant color change in the visible range, and the sensitivity of the film to absorbed dose was enhanced by addition of chloride-containing compounds, such as chloral hydrate or 2,2,2-trichloroethanol. The film is suitable as dosimeters for dose measurements, e.g. in food irradiation and environmental protection.     

High-performance quasi-solid-state dye-sensitized solar cell based on an electrospun PVdF-HFP membrane electrolyte

An electrospun membrane was prepared from a 16 wt % solution of poly(vinylidenefluoride- co-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP) in a mixture of acetone/ N, N-dimethylacetamide (7:3 wt %) at an applied voltage of 12 kV. It was then activated by immersing it in 0.6 M 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium iodide, 0.1 M LiI, 0.05 M I 2, and 0.5 M 4- tert-butylpyridine in ethylene carbonate/propylene carbonate (1:1 wt %) to obtain the corresponding membrane electrolyte with an ionic conductivity of 10 (-5) S cm (-1) at 25 degrees C. On the basis of this electrospun membrane electrolyte, quasi-solid-state dye-sensitized solar cells were fabricated, which showed an open-circuit voltage ( V oc) of 0.76 V, a fill factor of 0.62, and a short-circuit current density ( J sc) of 15.57 mA cm (-2) at an incident light intensity of 100 mW cm (-2). This yields a light-to-electricity conversion efficiency of 7.3%. Moreover, this cell possessed better long-term stability than that fabricated with conventional liquid electrolyte.     

向列相液晶4-氰基-4'-庚基联苯和4-氰基-4'-戊基联苯在准固态染料敏化太阳电池中的应用

将两种向列相液晶,4-氰基-4'-庚基联苯和4-氰基-4'-戊基联苯,引入到染料敏化太阳电池(DSC)用偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物基准固态电解质中,以期提高DSC的光电转化效率.研究了液晶的引入对电解质中I-/I3-的氧化还原行为、DSC中TiO2/电解质界面的暗反应以及DSC光伏性能的影响.结果表明,尽管液晶的引入会降低电解质中I-/I3-的传输并且使得DSC中暗反应加快,但是DSC的短路电流密度却显著地提高,使DSC的光电转化效率增加.这可能是由于液晶的引入改善了DSC中的界面接触以及增加染料的光吸收引起的.     

High efficiency dye-sensitized nanocrystalline solar cells based on ionic liquid polymer gel electrolyte

An ionic liquid polymer gel containing 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (MPII) and poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) has been employed as quasi-solid-state electrolyte in dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells with an overall conversion efficiency of 5.3% at AM 1.5 illumination.     

Significant efficiency improvement of the black dye-sensitized solar cell through protonation of TiO2 films

This paper describes the influence of acid pretreatment ofTiO2 mesoporous films prior to dye sensitization on the performance of dye-sensitized solar cells based on [(C4H9)4N]3[Ru(Htcterpy)(NCS)3] (tcterpy = 4,4',4"-tricarboxy- 2,2',2"-terpyridine), the so-called black dye. The HCl pretreatment caused an increase in overall efficiency by 8%, with a major contribution from photocurrent improvement. It is speculated, from the analysis of incident photon-to-electron conversion efficiency, UV-vis absorption spectra, redox properties of the dye and TiO2, and the impedance spectra of the dye-sensitized solar cells, that photocurrent enhancement is attributed to the increases in electron injection and/or charge collection efficiency besides the improvement of light harvesting efficiency upon HCl pretreatment. Open-circuit photovoltage (V(oc)) remained almost unchanged in the case of significant positive shift of flat band potential for TiO2 upon HCl pretreatment. The suppression of electron transfer from conduction band electrons to the I3- ions in the electrolyte upon HCl pretreatment, reflected by the increased resistance at the TiO2/dye/electrolyte interface and reduced dark current, resulted in a V(oc) gain, which compensated the V(oc) loss due to the positive shift of the flat band. Using the HCl pretreatment approach, 10.5% of overall efficiency with the black dye was obtained under illumination of simulated AM 1.5 solar light (100 mW cm(-2)) using an antireflection film on the cell surface.