染料敏化太阳电池中的电子传输及复合

电子传输与复合是染料敏化太阳电池中仍然存在争议的基本物理过程,解决这些争议对于进一步提高染料敏化太阳电池的光伏性能及稳定性是至关重要的。多缺陷理论模型用扩散系数及电子寿命这两个基本物理量准确地描述了染料敏化太阳电池中的电子传输及复合。为了对扩散系数及电子寿命等物理参数进行实验测量,近年来,人们发展出了频域、时域以及稳态等多种实验方法和技术手段,本文对这些方法进行了综述,并分别从纳晶半导体光阳极、电解质以及敏化染料等方面评述了近年来电子传输及复合的相关研究进展。     

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。     

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。     

染料敏化太阳电池阻抗特性研究

电化学阻抗谱(EIS)是染料敏化太阳电池(DSC)领域中最重要的研究手段之一。本文详细介绍了EIS在DSC研究中的理论模型、实验方法、内部电荷传输和转移过程、阻抗信息提取和动力学过程解析的最新研究进展;综述了其在光阳极、电解液体系、对电极、稳定性、新结构设计等DSC各个研究领域中的应用,特别总结了DSC内部各个组成部分的阻抗特性。最后,对这些方面存在的问题进行了评论,并对未来新材料和电池机理的深入研究进行了展望。     

柔性染料敏化太阳电池*

染料敏化太阳电池（dye-sensitized solar cell, DSSC）是一种新型太阳电池。其中柔性DSSC研究在追求太阳电池的新型用途和低成本化方面起着重要作用。本文综述了柔性DSSC国内外最新的研究成果,重点介绍了柔性DSSC的特点,柔性基板的选择及针对基板所制作的不同结构的电池,还介绍了纳米晶TiO₂ 薄膜的低温制备技术,如热液法、低温烧结法、电泳沉积法、化学气相沉积法、微波照射法、加压法等方法及柔性对电极的制备新技术。最后,对柔性DSSC的应用前景进行了展望。     

染料敏化太阳电池大面积化及产业化研究

染料敏化太阳电池(DSC)是一种新型光伏电池。本文从高效率化和长期耐久性两方面分析了目前制约DSC产业化的因素,并综述了解决这些问题的最新研究成果。重点论述了世界DSC产业化研究的最新动态,并对这一新型太阳电池产业化的未来发展方向及发展前景进行了展望。     

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。     

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.     

有机染料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,染料敏化剂分成无机染料与有机染料两大类。无机染料受稀有金属钌的制约而成本较高,开发有机染料是降低染料敏化太阳电池成本的有效手段,成为目前研究的热点。本文从有机染料敏化剂的分子设计入手,简述了染料敏化太阳电池中有机染料敏化剂的基本结构,将有机染料敏化剂分为吲哚啉类染料、香豆素类染料、三苯胺类染料、菁...     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO_2光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率(30%),引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池(p型和p-n型叠层器件)的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

两亲性D-π-A型有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了6个带有烷基链的D-π-A型有机光敏染料应用于染料敏化太阳能电池. 发现长链烷基有利于电池开路光电压的提高. 利用脂肪酸共敏化可进一步提高染料分子的敏化效果, 且提高的程度与脂肪酸的链长有重要关系.     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO₂光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率（30%）,引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池（p型和p-n型叠层器件）的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

染料敏化太阳能电池的制作工艺及光伏特性实验教学研究

以TiO2基染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,简称DSSC)的制作及其光伏特性实验研究为例,开展了太阳能电池精品实验建设。实验制作了纳米TiO2基DSSC,研究了四氯化钛前处理对DSSC光电性能的影响,计算了DSSC的各性能参数并对其微结构进行了表征。通过精品实验的训练,学生所学的理论知识得到综合应用,学生的创新实践能力和科学思维得到了提高。     

1-甲基-3-己基咪唑碘在染料敏化太阳电池中的应用研究

利用超微铂电极和循环伏安法, 以及电化学阻抗谱研究了在1-甲基-3-己基咪唑碘(HMII)的3-甲氧基丙腈(MePN)溶液中I₃^－和I^－的氧化还原行为, 并对比了由不同浓度的I₂和HMII组成的电解质溶液对染料敏化纳米薄膜太阳电池(DSCs)光伏性能的影响. 发现以MePN为溶剂, 含1.0 mol•dm^－3 HMII, 0.12 mol•dm^－3 I₂, 0.10 mol•dm^－3 LiI和0.50 mol•dm^－3 4-叔丁基吡啶的电解质溶液, 其DSCs的短路光电流密度为14.06 mA•cm^－2, 开路电压为0.71 V, 填充因子为0.69, 光电转换效率达6.81%.     

基于有机二硫化物氧化还原电对的非碘系染料敏化太阳能电池

相比较于硅太阳能电池而言, 染料敏化太阳能电池具有成本低廉、制备简单的特点. 在目前研究中, 普遍采用碘离子作为氧化还原电对, 然而碘元素本身具有腐蚀性, 长期使用会腐蚀对电极从而影响器件寿命, 而且此类电解液在可见光区内有很强的吸收, 也不利于光能向电能的转换. 本文采用了一种新型有机二硫化物, 2,5-二硫基-1,3,4-噻二唑, 作为氧化还原介质, 其不仅能够利用其自身自均聚/自解聚反应来实现光电转换过程, 降低对电极的腐蚀, 而且在可见光区内的吸收很低, 也有利于制作背入射式的染料敏化太阳能电池体系. 通过器件的优化, 可以分别实现1.6% (100 mW·cm^-2)和2.6% (13 mW·cm^-2)的光电转换效率.     

环保型准固态电解质的制备及在染料敏化太阳电池中的应用

本文介绍了一种制备染料敏化太阳电池(DSC)准固态电解质的新方法——混合溶剂法.该方法具有制作工艺简单、所用溶剂对人及环境无污染等优点.将混合溶剂法制备的准固态电解质应用于太阳电池,并系统研究了电解质组成及环境温度对电解质及其DSC性能的影响规律.     

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.     

含苯并噻二唑的吩噻嗪染料分子的设计合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了三种含苯并噻二唑的吩噻嗪类有机染料光敏剂JY50~JY52,在对其光物理和电化学性质进行研究的基础上,使用三种染料对纳米TiO₂电极进行敏化制备太阳能电池器件,并系统研究了其光电转化效率及电荷传输阻抗等光伏特性.研究结果表明,在染料分子中引入共轭基团有助于其摩尔吸光系数的提升,从而提升光电流.两个长烷基链的引入能够有效地抑制染料分子激发态电子在TiO₂光阳极表面的电子复合,从而提升其电子注入效率.其中,在AM 1.5（100 mW·cm^-2）的模拟光强下,基于碘电解质的染料JY51电池器件获得了7.61%的光电转化效率.     

New Type High Efficient Quasi-Solid-State Ionic Liquid Electrolyte for Dye-Sensitized Solar Cells

For the fist time the preparation of a mostly solid-state high efficiem electro-conductive material comprising 1-methyl-3-propylimidazolium iodide （MPII）, benzimidazole （BI）, iodine and lithium iodide was reported. In this electrolyte, BI acts as not only additives but also gelators. With its significant electrochemical properties, an overall efficiency of 3.07% was achieved under AM 1.5 （100 mW/cm^2）.