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%.     

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。     

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%.     

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。     

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.     

含有TiO2刺球散射中心光阳极的设计及其在染料敏化太阳能电池的应用

采用水热法制备了一种刺球状TiO_2(NT),将其作为光散射中心,与纳米晶TiO_2混合,制备成一种底层为P25薄膜(作为染料吸收层),上层为添加NT散射层的混合结构的薄膜光阳极。探讨了NT添加量对薄膜性能的影响,实验结果表明,当NT与P25粉体的质量比为35%时电池光电性能最优,电池短路光电流密度为14.30 m A·cm~(-2),其光电转换效率达到7.38%。质量比继续增大,当达到50%时电池性能有所下降,光电转换效率降为5.99%,同时染料吸附量也由73.2μmol·cm~(-2)降到70.1μmol·cm~(-2)。这表明过量的大颗粒TiO_2刺球散射中心会减少光阳极的比表面积从而降低染料的有效吸附量,并且还会引起不必要的反向散射,只有适量的散射中心才能得到最佳性能的太阳能电池器件。     

含有TiO2刺球散射中心光阳极的设计及其在染料敏化太阳能电池的应用

采用水热法制备了一种刺球状TiO₂（NT）,将其作为光散射中心,与纳米晶TiO₂混合,制备成一种底层为P25薄膜（作为染料吸收层）,上层为添加NT散射层的混合结构的薄膜光阳极。探讨了NT添加量对薄膜性能的影响,实验结果表明,当NT与P25粉体的质量比为35%时电池光电性能最优,电池短路光电流密度为14.30 mA·cm^-2,其光电转换效率达到7.38%。质量比继续增大,当达到50%时电池性能有所下降,光电转换效率降为5.99%,同时染料吸附量也由73.2 μmol·cm^-2降到70.1 μmol·cm^-2。这表明过量的大颗粒TiO₂刺球散射中心会减少光阳极的比表面积从而降低染料的有效吸附量,并且还会引起不必要的反向散射,只有适量的散射中心才能得到最佳性能的太阳能电池器件。     

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。     

具有推拉电子结构卟啉染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

将N,N’-二-(9,9’-二己基芴)胺作为电子供体引入具有推拉电子结构的卟啉染料中,设计合成了2个新的染料敏化太阳能电池(DSSCs)敏化剂WP-1和WP-2。利用核磁共振氢谱和高分辨质谱对染料结构进行了表征。测试了染料的紫外-可见吸收光谱。将其应用于染料敏化太阳能电池中,在模拟太阳光(100×10-3W/cm2)照射下,染料WP-1和WP-2敏化电池的能量转换效率分别达到了4.01%和7.07%。WP-2敏化的电池封装后经自然光照射500 h后,光电效率仍能维持在初始效率的98%以上。说明N,N’-二-(9,9’-二己基芴)胺作为电子供体,很适合推拉电子结构的卟啉染料。不仅丰富了用于卟啉染料的电子供体的种类,也为进一步将二芴胺衍生物引入到卟啉染料中的研究奠定了基础。     

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。     

1-甲基-3-己基咪唑碘的合成及在染料敏化太阳电池中的应用

利用高压釜使1-甲基咪唑和碘代正己烷直接反应生成离子液体1-甲基-3-己基咪唑碘, 并考察了温度对反应的影响. 结果表明, 升高反应温度, 可使1-甲基咪唑和碘代正己烷按化学计量比进行反应, 产率近100%, 该方法操作简单, 所得产品纯度高, 反应过程不需要使用有机溶剂, 且对环境友好. 同时还测量了I-3在1-甲基-3-己基咪唑碘和1-甲基咪唑混合液中的表观扩散系数及其所组成的染料敏化太阳电池的光伏性能.     

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.     

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.     

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.     

3-氨基丙基三甲氧基硅烷自组装提高染料敏化太阳能电池的效率

以3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTS)修饰的二氧化钛为负极制备的染料敏化太阳能电池在100 mW·cm^-2的模拟太阳光照下的短路电流、开路电压、光电转换效率分别为18.32 mA·cm^-2、775.9 mV、9.15%. 而没有经过ATPS修饰的电池三项性能参数分别为18.08 mA·cm^-2、749.9 mV、7.70%, 修饰后电池的光电转换效率提高了18.8%, 同时填充因子由0.57提高为0.64. 暗电流-电压曲线显示起始电压从-0.30 V变化到-0.40 V, 表明二氧化钛电极和电解液之间的暗反应得到了有效抑制, APTS作为阻挡层减少了二氧化钛电极表面的缺陷与表面态. 另外, 通过实验设计, 将APTS与染料层-层自组装于二氧化钛电极上, 通过X射线光电子能谱(XPS)研究了二氧化钛层、APTS、染料的作用形式. 定性与定量结果表明: APTS中的乙氧基部分脱除后形成了Si―O―Ti单桥或者双桥键, 钌染料cis-Ru(dcpyH₂)₂(SCN)₂通过分子中的部分―COOH与APTS中的―NH₂形成的静电作用力吸附在TiO₂电极上. 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱的结果进一步证明了这种分子间作用.     

染料敏化纳米晶体TiO2太阳能电池的对电极结构

通过对染料敏化纳米晶体TiO₂太阳能电池的对电极的结构进行改进,设计了一种可大容量储存电解质和补充电解质的新型对电极结构.当染料敏化纳米晶体TiO₂太阳能电池因液态电解质挥发泄漏而失效时,可以对其进行液态电解质的及时补充,从而使失效的染料敏化纳米晶体TiO₂太阳能电池重新恢复工作.该新型对电极结构为解决染料敏化纳米晶体TiO₂太阳能电池由于液态电解质泄漏导致的寿命降低问题提供了一种新的解决方法.     

Effects of Metal Oxide Modifications on Photoelectrochemical Properties of Mesoporous TiO2 Nanoparticles Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells

Mesoporous TiO₂ (m-TiO₂) nanoparticles were used to prepare the porous film electrodes for dye-sensitized solar cells, and a second metal oxide (MgO, ZnO, Al₂O₃, or NiO) modifi-cation was carried out by dipping the m-TiO₂ electrode into their respective nitrate solution followed by annealing at 500 oC. Experimental results indicated that the above second metal oxide modifications on m-TiO₂ electrode are shown in all cases to act as barrier layer for the interfacial charge transfer processes, but film electron transport and interfacial charge recombination characteristics under applied bias voltage were dependent significantly on the existing states and kinds of these second metal oxides. Those changes based on sec-ond metal oxide modifications showed good correlation with the current-voltage analyses of dye-sensitized solar cell, and all modifications were found to increase the open-circuit photo-voltage in various degrees, while the MgO, ZnO, and NiO modifications result in 23%, 13%, and 6% improvement in cell conversion efficiency, respectively. The above observations indi-cate that controlling the charge transport and recombination is very important to improve the photovoltaic performance of TiO₂-based solar cell.     

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.     

通过磁控溅射金属钛生长金红石型二氧化钛纳米片阵列应用于钙钛矿太阳能电池

本文首次通过磁控溅射方法,在FTO表面溅射一层Ti金属层,结合水热反应,原位生长TiO₂纳米片阵列（TiO₂ NSAs）. 经过退火处理,Ti金属层转变为致密的TiO₂层,因此基于此方法制得的金红石型TiO₂ NSAs与FTO基底具有很强的结合力. 与通过原子层沉积 (ALD) 以及悬涂 (SC) 法所得的另外两种TiO₂致密层生长的TiO₂ NSAs对比发现,基于本文所述方法制备的TiO₂ NSAs作为支架层的钙钛矿太阳能电池具有最佳性能. 上述结果主要是由于该TiO₂ NSAs无明显缺陷,并且在TiO₂ NSAs/TiO₂致密层/FTO界面接触很好. 值得注意的是,通过优化实验条件,基于此种TiO₂ NSAs的钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率可达11.82%.