有机小分子胶凝剂在准固态染料敏化太阳电池中的应用

染料敏化太阳电池(DSC)作为一种新型薄膜太阳电池,因具有价格低廉、高效等特点,受到各界的广泛关注。电解质作为DSC的主要组成部分,对电池效率和稳定性等性能有着重要的影响。本文简述了DSC工作原理及DSC用液态、固态及准固态电解质,从有机溶剂液态电解质和离子液体电解质两个方面,详细评述了有机小分子胶凝剂在准固态染料敏化太阳电池中的研究进展,并对其在准固态染料敏化太阳电池中的应用前景进行了展望。     

染料敏化太阳电池用电解质的研究进展

染料敏化太阳能电池(DSCs)由于其清洁廉价的优点而受到广泛关注。经过多年的研究,目前电池的转换效率已十分可观。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。电解质根据物理状态不同将其分为液态电解质、准固态电解质和固态电解质。介绍了这三种不同电解质的性能、各自的优点及存在问题,并对染料敏化太阳能电池中电解质在国内外研究发展现状进行了综述。     

准固态聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的应用

将固态或准固态聚合物电解质应用到染料敏化太阳能电池(DSSC)中可以有效解决应用液态电解质遇到的封装难、稳定性差等问题,因而近年来,对固态和准固态电解质的研究引起了广泛关注.本文就准固态聚合物电解质在DSSC中应用的研究进展及存在的问题进行了综述.同时,介绍了DSSC的结构及工作原理.根据目前DSSC准固态聚合物电解质...     

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...     

染料敏化太阳电池电解质

染料敏化太阳电池是新一代的太阳电池,有着巨大的应用前景。其中电解质体系是电池组成的主要部分,对电池的性能有着重要的影响。本文介绍了染料敏化太阳电池的基本原理,详细评述了近几年国内外学者对染料敏化太阳电池用电解质体系的研究进展情况,根据电解质的存在状态将其分为液态、准固态和固态三大类并逐一进行介绍,最后对该领域的前景进行了展望。     

染料敏化太阳电池用聚合物电解质

综述了本研究小组近年来用于染料敏化太阳电池中聚合物电解质的研究概况.设计合成了几类性能优良的聚合物电解质,较好地改进了液体电解质染料敏化太阳电池(DSSC)的使用稳定性,研究结果具有实际应用的价值,并提出了此领域研究今后的发展方向.     

近红外菁染料敏化的准固态太阳电池的光电化学研究

一个新型的近红外五甲川菁染料敏化剂(Cy)通过3,3-二甲基-1-乙基-2-[4-(N-苯乙酰氨基]-1,3-丁二烯-1-基]-3H-苯并[e]吲哚碘盐和5-羧基-1-丁基-2,3,3-三甲基-3H-吲哚碘盐的Knoevenagel缩合反应合成, 其结构用核磁、质谱和紫外等方法进行了确定; 使用疏水性气相法纳米SiO2 R974固化1-丁基-3-丙基咪唑碘离子液体制备了一种新的准固态电解质, 将其应用于菁染料(Cy)敏化的太阳电池, 对该染料敏化的准固态太阳电池的光电化学性能进行了研究. 在AM1.5G标准光源下, 得到1.49%的光电转换效率. 此方法对拓展准固态染料敏化太阳电池的研究具有一定的意义.     

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。     

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.     

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%.     

Ionic Liquid Based Electrolyte with Mesoporous Silica SBA-15 as Framework for Quasi-solid-state Dye-sensitized Solar Cells

Quasi-solid-state electrolytes were fabricated with mesoporous silica SBA-15 as a framework material. Ionic conductivity measurements revealed that SBA-15 can enhance the conductivity of the quasi-solid-state electrolyte. The diffusion coefficients of polyiodide ions such as Ⅰ3ˉ and Ⅰ5ˉ which were confirmed by Raman spectroscopic measurement, were about twice larger than that of I-. The optimized photoenergy conversion efficiency of dye-sensitized solar cells （DSSC） with the quasi-solid-state electrolyte was 4.3% under AM 1.5 irradiation at 75 mW·cm^-2 light intensity.     

功能化多壁碳纳米管填充的凝胶电解质在染料敏化太阳能电池的应用

纯聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)基凝胶电解质常常受制于低离子电导率,阻碍了其在染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)中的应用。 而利用纳米填充可提高凝胶电解质离子电导率及凝胶电解质DSSCs的性能。 本文使用功能化的多壁碳纳米管(f-MWCNT)作为PVDF-HFP凝胶电解质的纳米填充物,通过改变f-MWCNT的质量分数来研究其对电解质的离子电导率和离子扩散的影响,进而研究其对DSSCs的转化效率和长期稳定性的增强作用。 研究发现:质量分数0.5%的f-MWCNT明显提高了PVDF-HFP凝胶电解质的离子电导率和离子扩散系数。 并且,该凝胶电解质基DSSCs的光转换效率可达5.28%,相比于未填充的PVDF-HFP凝胶电解质基DSSCs(4.01%),其效率提高了31.7%。 42 d后,该电池依然可以保持最初转化效率的86.5%。 实验结果证实了f-MWCNT在纳米填充方面的巨大潜能,为采用纳米填充物提高凝胶电解质DSSCs的性能提供参考。     

PEDOT的电化学合成及其在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

本工作主要围绕PEDOT的合成及其在固态染料敏化太阳能电池对电极中的应用开展研究,重点研究了循环伏安法电化学沉积过程中循环次数(10～50次)对PEDOT薄膜的形貌、厚度及光学性质的影响.通过红外光谱、SEM、紫外-可见吸收光谱表征了PEDOT的结构、形貌及光性质;通过J-V、动态调制光电流谱(IMPS)/光电压谱(IMVS)以及Tafel测试表征了基于PEDOT透明对电极染料敏化太阳能电池的光电化学性能.结果表明:采用循环伏安法电沉积合成PEDOT制备固态染料敏化太阳能电池对电极时,CV循环30～40次之间时可以获得最佳的光电性能,固态器件的光电转换效率为5.34%,这是因为在该条件下所制备的PEDOT具有均匀致密的表面、较好的光学性质以及较高的光电催化性能(J₀=2.51×10^-3A·cm^-2),使得器件可以获得较大的扩散系数(D_n=28.80μm²·ms^-1)和载流子扩散长度(L=21.41μm),有利于电荷的传输.当CV循环次数大于40次时,PED...     

基于偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物凝胶电解质的染料敏化太阳电池光电性能研究

采用偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]胶凝3-甲氧基丙腈基液体电解质, 成功制备了凝胶电解质并组装成准固态染料敏化太阳电池. 差示扫描量热测试结果表明凝胶电解质的溶液-凝胶转变温度(TSG)为71 ℃. 利用电化学方法分析了凝胶电解质中 电对的表观扩散系数及电导率低于液体电解质的原因, 同时结合暗态伏安法考察了电池内部TiO2多孔薄膜电极/电解质界面处的暗反应, 分析了凝胶化对电池光伏性能的影响. 进一步老化实验结果表明凝胶电池的稳定性明显优于液体电池.     

Novel Quasi-solid-state Dye-sensitized Solar Cell Based on Monolayer Capped TiO2 Nanoparticles Framework Materials

Dodecylbenzenesulfonate (DBS)-capped TiO2 nanoparticles have been synthesized and employed in dye-sensitized solar cells to form a quasi-solid state electrolyte. Owing to the long alkyl-chain capping around the TiO2 nanoparticles interacting with the liquid solvent, the dye sensitized solar cell based on such DBS-capped TiO2 nanoparticle framework material gel electrolyte shows higher stability compared with the non-capped one in the long-term application and gives a comparable overall efficiency of 6.3% at AM 1.5 illumination.     

全固态介观太阳能电池:从染料敏化到钙钛矿

介观太阳能电池(Mesoscopic Solar Cells)作为新一代太阳能电池的突出代表, 具有原材料来源丰富, 制备工艺简单, 光电转换效率高等优点, 从而具有广阔的应用前景. 本工作简要评述了全固态介观太阳能电池从染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells)发展到钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells)过程中新材料、新技术和新概念的研究进展. 1998年, Grätzel课题组首次将固态有机空穴传输材料spiro-OMeTAD应用到染料敏化太阳能电池中, 制备出全固态染料敏化太阳能电池, 虽然仅获得了0.74%的光电转换效率, 但是却使得全固态染料敏化太阳能电池迅速发展成为介观太阳能电池的重要研究方向. 2012年, Park与Grätzel课题组合作, 使用钙钛矿型吸光材料(CH₃NH₃)PbI₃作为敏化剂, spiro-OMeTAD作为空穴收集层, 制备出光电转换效率达到9.7%的全固态介观太阳能电池, 又被称为钙钛矿太阳能电池. 自此, 基于钙钛矿材料的介观太阳能电池迅速成为太阳能电池领域的研究热点. 目前, 钙钛矿太阳能电池的最高公证效率已经达到20.1%. 钙钛矿太阳能电池作为介观太阳能电池商业化道路上里程碑式的突破, 在材料开发、界面优化以及器件稳定性方面的研究仍充满挑战, 也期待新的突破.     

SO4-和I-共掺杂的聚苯胺对电极在染料敏化太阳电池中的应用

采用循环伏安法(CV)在掺杂氟的二氧化锡(FTO)导电玻璃上, 成功聚合了SO₄^-和I^-共掺杂的聚苯胺(PANI)对电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、傅里叶红外(FT-IR)吸收光谱、CV和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法详细研究了I^-作为第二种掺杂离子及LiI掺杂浓度对所制备的PANI对电极的表面形貌, 结构和对I^-/氧化还原电对的催化活性的影响. SEM结果显示在聚合电解液中引入LiI改变了所制备的PANI对电极的形貌, 可提供更多的催化反应活性位点, 同时还改善了薄膜的孔隙性. 值得注意的是, 引入I^-共掺杂可在一定程度上使3I^-↔ +2e^-反应在相应的PANI电极上更容易进行. 在反应体系中 LiI浓度为0.02 mol·L^-1时得到的PANI对电极, 组装成电池时获得的电池效率最高可达6.52%, 相当于Pt对电极6.95%的93.8%, 比基于只掺杂 的PANI对电极的光电转换效率提高了16%, 说明 和I^-共掺杂的PANI对电极可以提高相应染料敏化太阳电池的光电转换性能, 有望在未来成为Pt对电极的替代材料.