动态复合对染料敏化太阳电池性能的影响

本文通过设计一种特殊的电池结构,动态改变电解液与导电玻璃（Tc0）的接触面积,固定Ti02薄膜面积,将TCO／OL解液界面与TiO2／电解液界面两种复合途径进行区分,从实验和理论两方面研究了复合途径变化对染料敏化太阳电池（DSC）性能的影响．采用电化学阻抗谱（EIS）表征界面电荷交换过程,研究了不同途径在复合中的作用机理．通过单色光下,1-V性能测试,对不同界面复合主导下的DSC二极管特性进行数值分析,探讨了复合过程中界面电荷交换变化对光电压（‰）的影响．研究结果表明,高光强下（Voc=700mV）改变TCO／电解液接触面积对复合影响不明显,DSC电子复合主要经由TiO2／电解液界面,电池具有明显的二极管特征;而弱光下（Voc〈400mV）增加TCO／电解液接触面积将使复合大幅增加,此时电荷交换由TCO／电解液界面主导,电池填充因子大幅降低,整流作用减弱．由于TCO／OL解液界面电荷交换明显慢于TiO2／电解液界面,通过同一电池一定光强范围内的光电压变化对比发现,高光强下光电压变化较慢,而弱光下光电压变化较快．     

染料在纳米TiO2薄膜表面吸附性能的研究

采用溶胶－凝胶法制备纳米TiO2薄膜，并通过吸附染料形成染料／TiO2复合薄膜。分析了染料与TiO2薄膜的相互关系，利用紫外可见、比表面等技术研究染料在纳米TiO2薄膜表面的吸附性能，并计算出TiO2薄膜对染料的最大吸附率。研究表明，染料溶液浓度、温度以及TiO2薄膜浸泡时间对染料吸附量有着显著的影响，染料的吸附性能直接影响着太阳能电池的光电转换效率。     

染料敏化太阳电池中双层结构TiO2薄膜空间的电子分布与接触界面转移过程

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了双层结构TiO2薄膜的电子积累和与电解液接触界面的电子转移过程. 通过制备纳米颗粒单层和纳米颗粒/亚微米颗粒双层2种不同微结构的TiO2薄膜电极, 对其电容分布、 局域态密度、 薄膜内部电子传输和固/液界面电子转移过程进行了研究. 分析了纳米颗粒/亚微米颗粒双层结构电极对染料敏化太阳电池(DSC)性能的影响. 结果表明, 一定数量的电子会积累在亚微米颗粒层中引起薄膜电极化学电容的增加. 在纳米颗粒层上端覆盖亚微米颗粒后降低了界面复合电阻, 但对薄膜电极的传输性能影响较小. 因此在筛选和制备DSC散射层材料时除应具有良好的光散射性能外, 还应考虑材料的化学电容和界面转移电阻等因素.     

长链双烷基次膦酸作为共吸附剂修饰TiO_2光阳极

对TiO2/染料/电解质界面进行修饰是提高染料敏化太阳电池(DSC)性能的有效手段,其中引入共吸附剂有机小分子和染料共同吸附在TiO2表面是一种简单有效提高DSC性能的方法.本文合成了长链的双正十二烷基次膦酸(DDdPA)作为染料的共吸附剂应用于染料敏化太阳电池.通过红外光谱(FT-IR)表征DDdPA在TiO2表面的吸附;借助电化学阻抗谱(EIS)及强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)等技术表征了电子的传输与复合动力学过程.研究发现,DDdPA可以很好地与染料共同吸附在TiO2表面;与二(3,3-二甲基丁基)次膦酸(DINHOP)相比,DDdPA的引入可以更好地抑制TiO2/染料/电解质界面处的电子复合;在优化浓度配比下,DDdPA的引入有效提高了器件的电子寿命,使TiO2导带边负移约30 mV,最终使器件的开路电压提高了47 mV,光电转换效率提升约10%.     

N3敏化Ho3+离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响. TiO2表面氧化钬的存在一方面降低了染料和TiO2之间的电子注入速率, 而另一方面它也能够抑制电荷复合. 结果表明, 在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的Ho3+离子层, 在电极表面就形成了一个势垒, 能够有效抑制电极表面的电荷复合, 从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率. 在93.1 mW·cm-2白光照射下, TiO2/Ho-0.1 和TiO2/Ho-0.2(0.1 和0.2分别是修饰TiO2电极的Ho3+溶液的浓度, 单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%, 与TiO2电极(7.2%)比较, 分别增大了15%和5%.     

N3敏化Ho~（3＋）离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响.TiO2表面氧化钬的存在一方而降低了染料和TiO2之间的电子注入速率,而另一方面它也能够抑制电荷复合.结果表明,在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的HO3+离子层,在电极表面就形成了一个势垒,能够有效抑制电极表面的电荷复合,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率.在93.1 mW·cm-2白光照射下,TiO2/Ho-0.1和TiO2/Ho-0.2(0.1和0.2分别是修饰TjO2电极的Ho3+液的浓度,单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%,与TiO2电极(7.2%)比较,分别增大了15%和5%.     

TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响

纳米TiO2多孔薄膜微结构对染料敏化太阳电池(DSC)光伏性能有很大的影响。本文采用不同实验和测试方法研究和分析了溶胶-凝胶法制备纳米TiO2颗粒时的热处理温度、TiO2多孔薄膜厚度、纳米TiO2大颗粒光散射、TiCl4溶液处理和电沉积致密TiO2层对纳米多孔薄膜电极和染料敏化太阳电池光伏性能的影响,得到了最佳的优化条件,为纳米TiO2薄膜材料的批量化制作打下了良好基础。     

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%.     

新型梳状共聚物在准固态染料敏化太阳能电池中的应用及其对电子复合的影响

合成了乙烯基咪唑碘盐(VImI)和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)的梳状共聚物.利用VImI/PEGMA共聚物制备了准固态聚合物电解质.通过光电流密度-电压(J-V)曲线和电导率测定以及电化学阻抗分析,探讨了基于此电解质的染料敏化太阳能电池的电荷传输与界面电子转移机制.结果表明,VImI/PEGMA共聚物可以有效抑制TiO2/电解质界面电子复合并提高TiO2导带能级,敏化电池的光伏性能并不完全取决于电解质的电导率.通过考察共聚物中VImI与PEGMA单元的摩尔比与开路电压的关系,发现共聚物对电子复合的抑制作用主要源于VImI链段.此外,开路电压衰减(OCVD)和瞬态光电流测试结果说明,共聚物能够提高TiO2薄膜的电子寿命,而且对陷阱电子能级的分布具有调节作用.当共聚物在电解质中的质量分数为50%,VImI与PEGMA的摩尔比为5.0时,准固态染料敏化太阳能电池于100mW·cm-2光强下获得了4.10%的光电转换效率.     

多吡啶钌染料和有机染料共染色的钴基敏化太阳电池

具有低费米能级的外球电子媒介体的开发带来了染料敏化太阳电池性能的重大进展.针对这种快复合器件,通过精细的调控二氧化钛表面的染料包覆层结构来有效抑制界面电荷复合是目前该领域的一个重要研究主题.在本文中,利用高吸收系数的多吡啶钌染料与具有三维立体结构的有机给受体染料对二氧化钛薄膜进行共染色.基于邻菲罗啉钴氧化还原电对,相对于纯钌基染料染色的器件,瞬态吸收与瞬态光电压衰减测试表明具有三维立体结构的有机染料的引入不仅提高了电子注入效率,还同时减慢了二氧化钛中的电子与氧化态染料及电解质中的电子受体之间的复合反应速率,使器件开路电压从808 mV提升到883 mV.这种界面光活性层微结构变化诱导的电子注入效率的改善和电荷复合的减慢还过补偿了因薄膜光吸收减弱带来的不利影响,获得了更大的光电流输出,在模拟AM1.5太阳光辐照条件下器件功率转换效率从8.5%提升到10.3%.