简易模板剂法制备多级介孔TiO2微球及其在染料敏化太阳能电池中的性能

采用模板剂法一步合成分级结构的介孔TiO₂微球, 考察了烷基胺类模板剂中烷基链长度对介孔TiO₂微球合成及性能影响. 将其应用于染料敏化太阳能电池的光阳极半导体薄膜中, 得到了9.5%-10.1%的高能量转换效率. X射线衍射(XRD)、物理吸附仪(BET)、扫描电镜(SEM)等的分析结果表明: 分级结构介孔TiO₂微球的晶相为纯锐钛矿型; 介孔TiO₂微球表面粗糙, 的纳米粒子堆积形成, 使微球具有介孔性质和较适宜的比表面积. 介孔TiO₂微球堆积形成了利于物质扩散的通道并具有良好的光散射效果; 同时微球介孔粗糙表面保证了染料的大量吸附, 从而提高了电池的光电流. 通过电化学阻抗分析结果验证了分等级结构介孔TiO₂微球光阳极有利于电解液的传输和物质扩散的优异性能.     

染料敏化太阳能电池中的敏化剂

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池。染料敏化剂的性能对DSSC的光电转换效率有重要的影响,要获得高的光电转换效率需要有高效、稳定的染料敏化剂。本文介绍了近年来染料敏化剂的设计合成,并讨论了各种敏化剂的优缺点及发展方向。     

基于二级结构TiO_2纳米晶光阳极的高效染料敏化太阳能电池

本文报道了一种新型的二级结构TiO2纳米晶(nano-TiO2)光阳极的简单制备方法及其在高效染料敏化太阳能电池中的应用.通过添加适量TiCl4异丙醇溶液到传统nano-TiO2浆料中,可生成微米级nano-TiO2聚集体.该二级结构能有效提高光阳极光谱吸收和散射性能及电子传输和收集效率.基于这种结构光阳极的染料敏化太阳能电池光电性能有显著提高.在光阳极中将6μm厚传统nano-TiO2膜用相同厚度nano-TiO2聚集体替换,电池光电转换效率由5.03%提高到7.30%.进一步增加nano-TiO2聚集体的厚度能制备出更高光电转换效率的电池.     

电沉积法制备固态染料敏化太阳能电池

本文采用一步电化学沉积的方法在导电玻璃上先后沉积了ZnO/染料复合薄膜以及CuSCN薄层,实现仅以电沉积法制备结构为ZnO/染料/CuSCN的固态染料敏化太阳能电池,电池的光电转换效率达到0.1%.在电沉积CuSCN前,脱附电沉积制备的ZnO/染料复合薄膜中的染料以形成多孔ZnO薄膜,然后通过染料再吸附得到染料敏化ZnO纳晶多孔薄膜.在电沉积过程中,ZnO和CuSCN的晶体尺寸、晶体取向和膜层形貌都可以进行比较精准的控制.探讨了影响沉积薄膜形貌和光电转换效率的因素,如旋转圆盘电极的旋转速度、电沉积温度以及染料敏化剂的选择.本文报道的低温电沉积制备全固态太阳能电池的方法为制备柔性染料敏化太阳能电池提供了一种新的思路.     

染料敏化太阳能电池掺杂TiO2纳晶光阳极

染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells, DSC）效率高、制作简单、成本低,因此被认为是最有希望的第三代太阳能电池。DSC光阳极的主要作用是吸附染料、传输电子和提供电解质扩散通道,因此对DSC光电性能具有决定性作用。近年来,通过掺杂调控TiO₂光阳极的电子特性,从而提高DSC的光电效率受到广泛关注。本文对掺杂TiO₂光阳极的研究现状进行了综述,重点分析了非金属元素、过渡金属元素及主族元素的掺杂对TiO₂光阳极的能带结构、光吸收特性、染料吸附量、电子传输和界面复合过程以及所组装DSC光电性能的影响,分析了非金属元素共掺杂的协同效应。同时,对稀土元素掺杂TiO₂作为光谱转换材料提高DSC光吸收效率和光电转换效率进行了探讨,最后论文对掺杂TiO₂光阳极今后的研究重点和研究方向进行了展望。     

单晶二氧化钛纳米线的制备及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

采用强碱水热法制备单晶二氧化钛纳米线(SCTNW),在高压高温和强碱作用下,二氧化钛颗粒的(010)晶面被NaOH溶液侵蚀,生成钛酸钠(Na2Ti4O9);经过酸洗后,生成钛酸水合物(H2Ti4O9·H2O),钛酸水合物之间通过氢键连接成线状;烧结失水后,最终形成SCTNW.通过透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线能量散射谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段进行表征和测试,分析了SCTNW的形成过程,探讨了水热时间对SCTNW形成的影响;将获得的SCTNW共混在二氧化钛纳米颗粒的胶体中,采用刮涂法在柔性钛箔上制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极,通过扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗谱(EIS)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计和电池光电性能等表征和测试,探讨了SCTNW的共混量对柔性DSSC光电性能的影响.实验结果表明:当共混7.5%(w)的SCTNW时,所制备的柔性DSSC在100mW·cm-2模拟太阳光照下,光电转换效率达到6.48%.     

TiO2/SnO2复合空心球在染料敏化太阳能电池中的应用

采用模板辅助法制备了SnO2/TiO2复合空心球,样品直径为1.5~4.0μm,比表面积达到了92.9 m^2·g^-1,复合空心球表现出优越的光散射性能.以这种复合空心球作为染料敏化太阳能电池的光阳极,电池的光电转换效率可达到7.72%,高于SnO2微米球(2.70%)和TiO2微米球(6.26%).此外,以锐钛矿型TiO2纳米晶作为底层,SnO2/TiO2复合空心球作为光散射层制备的双层结构光阳极,电池光电转换效率进一步提升至8.43%.     

TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热合成法在氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃基底上得到TiO2纳米阵列薄膜,并进一步通过NaOH溶液水热处理制备了由巢状纳米阵列及纳米片覆盖层构成的TiO2纳米阵列分级结构一体化薄膜.采用场发射扫描电镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和吸收光谱技术对TiO2薄膜的结构和性质进行表征.FE-SEM结果表明:分级结构TiO2薄膜膜厚为1.5μm,薄膜由一层纳米片覆盖层(约0.2μm高)和一层巢状纳米阵列层(约1.3μm高)组成.XRD谱图表明TiO2薄膜为锐钛矿相.UV-Vis光谱显示分级结构TiO2薄膜具有较强的光捕获能力和染料吸附能力.TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜作为光阳极,可有效地提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,其短路电流(Jsc)为7.79mA·cm-2,开路电压(Voc)为0.80V,填充因子(FF)为0.40,光电转换效率(η)为2.48%,其光电转换效率较TiO2纳米阵列薄膜提高了近10倍.     

多酸基光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,简写为DSSCs)是由Michael Gr覿tzel等开发的第三代光伏电池,它具有低成本、制作简单、光学性能可调、光电转换效率高等优势。其中光敏剂是DSSCs的重要组成部分,通过吸收可见光将电子传递到半导体导带,对整个电池的电子循环至关重要。广泛采用的光敏剂为N719等贵金属配合物,但其价格非常昂贵,很难实现大规模产业化。因此寻找低成本的非贵金属光敏剂是该领域的一项挑战。多金属氧酸盐(简称多酸,Polyoxometalates,简写为POMs)是一类具有纳米尺寸的分子基纳米材料,是分子型无机类半导体材料。多酸的富氧表面可以被活化和修饰,吸收光谱可以覆盖可见区甚至近红外区,具有合适的氧化还原电势,良好的热稳定性和溶解性。近年来,一系列研究表明多酸可以作为光敏剂应用在DSSCs中。本文中,我们以课题组多年来在POMs和太阳能电池领域的研究工作积累以及国内外同行专家的研究工作为基础,对多酸基光敏剂在DSSCs中的应用进行了详细综述。首先我们阐述了DSSCs的研究意义、多酸的简介、多酸的能级测量及调控。之后我们重点综述了多酸作为DSSCs中的光敏剂和共敏剂的研究。最后,我们对多酸基光敏剂在DSSCs领域的发展前景进行了总结和展望。本文有望引起多酸化学、材料化学及新兴交叉学科领域研究者的广泛研究兴趣,并为太阳能电池光敏剂的研究提供新的思路。     

离子液体在TiO2纳晶染料敏化太阳能电池中的应用

离子液体以其高稳定性、高电导率等特有的优点,成为众多领域中研究的热点。本文简单综述了离子液体的概念、结构及其在TiO2纳晶染料敏化电池的固、液态电解质中的应用,并对其应用前景进行了展望。     

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.     

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.     

上转换发光在染料敏化太阳能电池中的应用

以水热和高温煅烧相结合的方法制备了掺Er³⁺的TiO₂上转换发光层,并将其组装在染料敏化太阳能电池(DSSC)中。通过XRD﹑荧光光谱﹑UV-Vis和电池的光电性能测试,分析了上转换发光层的发光机理及其加入后对染料敏化太阳能电池性能的影响。结果表明,上转换发光层的引入有效地提高了DSSC的光电性能,在80 mW·cm^-2红外光照射下最高光电转换效率达到了0.14‰,比未加上转换发光层的DSSC提高了160%。     

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％．     

双层结构CeO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明：当CeO₂纳米微球和核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯TiO₂(P25)光阳极,P25/CeO₂纳米球光阳极电池的DSSC光电性能提高了15.3%,P25/Au@SiO₂@CeO₂纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面：一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO₂具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。     

双层结构CeO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明：当CeO₂纳米微球和核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯 TiO₂ (P25)光阳极,P25/CeO₂纳米球光阳极电池的 DSSC 光电性能提高了 15.3%,P25/Au@SiO₂@CeO₂纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面：一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO₂具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。     

高热稳定性有序介孔TiO_2/活性炭制备及其孔-孔协同光催化性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂和钛酸四丁酯分别为造孔模板和钛源,通过超声辅助溶剂挥发自组装技术制备有序介孔氧化钛(ordered mesoporous Ti O2,OMPT)及其活性炭负载体(ordered mesoporous Ti O2/AC,OMPTA).为探讨OMPTA结构与性能之间的关系,采用超声辅助溶胶-凝胶技术合成了无孔氧化钛/活性炭(nonporous Ti O2/AC,NPTA)负载体,利用热重-差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-解吸、透射电子显微镜(TEM)和紫外漫反射(DRS)等手段对制备材料结构进行表征.以酸性红B(acid red B,ARB)的光催化降解为探针实验,评价OMPTA的光催化性能和使用寿命,提出了孔-孔协同光催化扩增机制,并探讨了催化条件(染料浓度、催化剂浓度和溶液p H)对协同扩增效果的影响.结果表明:相对于纯OMPT,OMPTA具有晶粒生长的高活化能、较小的粒径尺寸和对有序介孔结构的高热稳定性,这归功于活性炭的吸附力和非晶相层对晶粒生长的阻碍作用.由于孔-孔协同光催化扩增效应,导致OMPTA在NPTA、OMPT-AC、OMPT、P25和NPT中具有更高的催化活性.热处理温度强烈影响OMPTA的光催化活性,其中OMPTA-500具有最高的光催化活性,这归功于其具备完善的结晶性、相对高浓度的羟基和Ti3+离子.同时,OMPTA-500在重复使用过程中也具有很高的光催化性能.当使用OMPTA-500为催化剂对ARB降解时,最佳的催化条件为催化剂浓度1 g/L,ARB浓度15 mg/L,p H 5.     

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...     

室温合成金红石TiO2及其在染料敏化太阳能电池中的应用

以钛酸四丁酯为前驱体, 在室温下通过水解沉淀法合成了金红石型TiO₂纳米粒子; 用X射线衍射(XRD)研究了反应温度、酸度以及酸的种类对形成TiO₂晶型的影响. 实验结果表明, 高酸度、低温度以及Cl-有助于金红石相的生成. 在相同条件下加入一定量P105 (EO₃₇PO₅₆EO₃₇)三嵌段聚合物制备出一种金红石型粗糙聚集球. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明这种粗糙聚集球直径大约350 nm, 比表面积测试(BET)及紫外漫反射测试发现粗糙球在保持较大比表面积的同时有散射效应. 此粗糙球与20 nm TiO₂粒子以质量比1:4混合作为工作电极的散射层并应用于染料敏化太阳能电池, 电池效率达到7.27%, 较不加粗糙球的效率提高17%; 我们认为这是因为在保持工作电极染料吸附量基本不变的条件下粗糙球提高光散射性能.     

染料敏化太阳能电池中空微/纳结构光阳极材料研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC)以其低成本、易加工、高转化等特点受到广泛关注,半导体光阳极是DSSC的重要组成部分,其组成和微观结构直接影响电池性能,中空微/纳结构能够提供高表面积、增加染料负载量、促进光捕获,增强电子传输,因而成为近年来光阳极材料领域的一个热点内容。 本文综述了中空微/纳结构光阳极材料的研究进展,主要包括空心球、空心盒、核-壳结构、多级空心、多壳层结构等,并着重分析了各个结构特征与光电转换效率的关系和增益机制,探讨了中空微/纳结构光阳极面临的挑战及发展趋势。