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。     

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%.     

四(十二烷基)氯化铵基小分子凝胶电解质染料敏化太阳电池

采用小分子胶凝剂四（十二烷基）氯化铵胶凝3-甲氧基丙腈基液体电解质制备了凝胶电解质,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74℃．分析了凝胶电解质中I3^-／I^-电对的表观扩散系数低于液体电解质的原因,同时结合电化学阻抗技术考察了电池内部二氧化钛多孔薄膜电极／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．老化实验结果表明,凝胶电池的稳定性明显优于液体电池．     

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%.     

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.     

染料敏化纳米薄膜太阳电池中的染料敏化剂

简要介绍了化学太阳电池的原理和染料敏化剂的发展历史,将现有染料敏化纳米薄膜太阳电池(简称DSCs)中的染料敏化剂分为有机和无机两大类,详细介绍了其中的羧酸多吡啶钌、膦酸多吡啶钌、多核联吡啶钌染料和有机染料的研究进展;介绍了其它染料敏化剂和多种染料协同敏化的研究现状;评述了染料敏化剂在染料敏化纳米薄膜太阳电池中应用的研究进展。     

染料敏化太阳电池研究进展

本文介绍了染料敏化太阳电池(DSC)的结构和基本原理,综述了DSC各项关键技术的实验和产业化研究最新成果。对DSC中的几个重要组成部分：纳米半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底材料等几个方面的研究进展进行了详细的评述。回顾了DSC从实验室小电池研究到大规模产业化研究的发展,对该领域未来发展前景进行了展望。     

双功能型吡啶基离子液体的性质及在染料敏化太阳电池中的应用

采用高压釜无溶剂法合成了一种吡啶碘离子液体1-乙基-4-叔丁基吡啶碘(TBEPI), 并将其应用到染料敏化太阳电池(DSC)中. 利用电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安(CV)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)研究了TBEPI作为碘源的电解质的电化学性质、在TiO₂膜上的吸附特性及抑制TiO₂/染料/电解质界面电子复合的动力学过程. 结果表明, TBEPI作为碘源可提供充足的碘离子, 其电解质的电导率、电化学窗口及氧化还原电对的扩散能力都满足电池工作的需要. TBEPI可有效吸附在TiO₂ 表面形成阻挡层, 抑制TiO₂/染料/电解质界面的电子复合过程, 与传统的以1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘(DMPII)作为碘源的DSC相比, 光电转换效率(η)由7.1%提高到7.5%.     

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。     

阴离子为羧酸根和芳环共轭的离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用

提出了利用p-π共轭效应设计离子液体的方法, p-π共轭效应可以有效分散阴离子的负电荷, 降低离子液体中阴阳离子之间的库仑引力, 以得到低粘度的离子液体. 所设计的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑苯甲酸(EMIB)和1-乙基-3-甲基咪唑异烟酸(EMIIN) (它们的阴离子中羧酸根和芳环为p-π共轭结构), 这两种离子液体都达到了较低的粘度(EMIB为42 mPa·s, EMIIN为27 mPa·s). 进一步将这两种离子液体做成电解质, 应用在染料敏化太阳能电池中, 通过优化电解质的组成, EMIB基电解质达到了1.43 mS·cm^-1的电导率和1.45×10^-7cm²·s^-1的I₃^?的扩散系数, 而EMIIN基电解质的电导率和I₃^?扩散系数分别为1.63 mS·cm^-1和2.01×10^-7 cm²·s^-1,后者电导性能的提高主要和EMIIN粘度较低有关系. 进一步将这两种电解质组装成电池, 在300 W·m^-2的光强下测得EMIB基电池和EMIIN基电池的效率分别为2.85%和4.30%.     

Guanidinium Iodides-based Ionic Liquids： Synthesis and Application for Dye-sensitized Solar Cells（DSSCs）

A series of guanidinium ionic liquids(GILs) was designed, synthesized, and used as electrolytes for dye-sensitized solar celIs(DSSCs). The effect of electrolytes containing GILs on the photovoltaic performance of DSSCs was investigated. It is demonstrated that these GILs are promising for being used as electrolytes for DSSCs and a conversion efficiency of 4.1% can be obtained under AM 1.5 sun light irradiation.     

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.     

共吸附剂在染料敏化太阳电池中的应用

简述了染料敏化太阳电池中引入共吸附剂对光阳极界面进行修饰的作用机制。按照共吸附剂的分子结构特性和应用状况,初步将共吸附剂划分为胆酸衍生物共吸附剂、链状脂肪酸共吸附剂和多羟基化合物共吸附剂。综述了这几类共吸附剂在染料敏化太阳电池中的应用状况并进行了展望。     

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.     

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。     

二氧化钛膜参数对离子液体基染料敏化纳米薄膜太阳电池性能的影响

Photo correlation spectroscopy was used to measure the particle size distribution of TiO2 films. Other parameters, such as porosity, BET surface area, average pore size, crystallite size D101, distribution of pore size etc. were also measured. The effects of these parameters on the ionic liquid based dye-sensitized solar cells （DSC） were studied. It was concluded that the particle size distribution of nanocrystalline TiO2 played an important role on the performance of DSC. The narrow particle size distribution of nanocrystalline TiO2 increased the efficiency of DSC, while the wide distribution decreased the efficiency of DSC. From the result above, it was also concluded that the photo correlation spectroscopy was a good method to identify the performance of TiO2 films. Based on electrochemical impedance spectroscopy, we found that the particle size distribution could affect the electronic contact between the TiO2 layers as well. The narrow particle size distribution made the electronic contact between TiO2 layers better than the wide particle size distribution of the TiO2 films, and then better the electronic contact, higher the efficiency of the DSC.