染料敏化太阳能电池固态电解质

染料敏化太阳能电池(DSCs)具有成本低廉、制作工艺简单、光电转换效率较高等优点,在新一代薄膜太阳能电池中,被认为是最具市场潜力的新型太阳能电池之一.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.液态电解质虽然效率高,但是易挥发和泄露,对电池的稳定性和寿命有很大的影响.因此...     

功能化多壁碳纳米管填充的凝胶电解质在染料敏化太阳能电池的应用

纯聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)基凝胶电解质常常受制于低离子电导率,阻碍了其在染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)中的应用。 而利用纳米填充可提高凝胶电解质离子电导率及凝胶电解质DSSCs的性能。 本文使用功能化的多壁碳纳米管(f-MWCNT)作为PVDF-HFP凝胶电解质的纳米填充物,通过改变f-MWCNT的质量分数来研究其对电解质的离子电导率和离子扩散的影响,进而研究其对DSSCs的转化效率和长期稳定性的增强作用。 研究发现:质量分数0.5%的f-MWCNT明显提高了PVDF-HFP凝胶电解质的离子电导率和离子扩散系数。 并且,该凝胶电解质基DSSCs的光转换效率可达5.28%,相比于未填充的PVDF-HFP凝胶电解质基DSSCs(4.01%),其效率提高了31.7%。 42 d后,该电池依然可以保持最初转化效率的86.5%。 实验结果证实了f-MWCNT在纳米填充方面的巨大潜能,为采用纳米填充物提高凝胶电解质DSSCs的性能提供参考。     

基于新型交联聚合物电解质的准固态染料敏化太阳能电池

采用柠檬酸(CA)交联聚乙二醇(oligo-PEG, 平均分子量M_w=200, 400, 1000, 2000), 合成具有可生物降解性能的聚柠檬酸-乙二醇(PCE)交联聚酯, 并以此为基体材料制备得到准固态的三维交联型PCE/LiI/I₂聚合物电解质. 采用红外吸收光谱(IR)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)、扫描电镜(SEM)和Raman光谱分别对PCE基体的分子结构、聚合物电解质的微观形貌以及导电离子对的存在形式进行表征; 通过线性扫描伏安法(LSV)研究了聚合物电解质的离子扩散系数、电导率以及电池的输出电流-电压(I-V)性能. 结果表明, PEG的分子量影响PCE基体膜的微观形貌及其吸液性能, 从而影响聚合物电解质的离子导电性能及电池的光电性能: 随着PEG分子量M_w从200, 400, 1000增大到2000, PCE基体膜的结构变得疏松, 吸液率增加, 吸液溶胀后的基体中I-3的跃迁活化能降低, 导致电解质的电导率和电池的短路光电流密度随之增加; 在60 mW·cm^-2的入射光强下, 四种电解质对应电池的光电转化效率依次为3.26%、3.34%、4.26%和4.89%.     

聚乙烯吡咯烷酮基碘凝胶电解质的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚偏氟乙烯(PVDF)为凝胶剂, 以碘化锂和碘单质为碘源, 碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)为溶剂, 制备了染料敏化太阳能电池(DSSCs)用凝胶聚合物电解质(GPE). 使用拉曼光谱、 循环伏安曲线和交流阻抗谱等对GPE进行表征. 结果表明, 聚合物的配比与浓度及碘与碘化锂比例对该电解质性能有很大影响, 当聚合物质量分数为10%、 PVP与PVDF质量比为80∶20、 I₂浓度为0.042 mol/L且LiI与I₂摩尔比为30∶1时, 制备的GPE在室温下电导率达最大值(3.27 mS/cm). 使用该GPE组装的DSSCs在100 mW/cm²的模拟太阳光照射下, 开路电压为0.64 V, 短路电流为13.6 mA/cm², 填充因子为0.595, 能量转化效率为5.18%, 并在30 d内表现出了良好的稳定工作性能.     

一种不含胶凝剂的凝胶电解质在准固态染料敏化太阳能电池中的应用

报道了一种不含胶凝剂的凝胶电解质的制备及在准固态染料敏化太阳能电池中的应用.这种新型凝胶电解质仅含有机溶剂和碘盐,即3-甲氧基丙腈、苯胺、三碘化铝和碘.上述混合物通过路易斯酸性三碘化铝离子导体和路易斯碱性苯胺有机溶剂间的路易斯酸-碱相互作用形成凝胶,无需额外添加传统凝胶电解质的关键组分—胶凝剂.形成的三碘化铝-苯胺复合物在凝胶电解质中能同时发挥离子导体和胶凝剂的作用.红外光谱图中苯胺的氨基和苯环特征峰的变化证实了三碘化铝-苯胺复合物的形成.含这种新型凝胶电解质的准固态染料敏化太阳能电池光电性能和稳定性与含三碘化铝-3-甲氧基丙腈液体电解质的染料敏化太阳能电池相比有很大提高.     

聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的应用进展

染料敏化太阳能电池(DSSC)由于成本低、污染小、制备工艺简单而受到广泛关注。电解质在其中起到桥梁的作用,能促使染料再生、输运空穴,从而完成整个光电循环过程,是DSSC重要的组成部分。本文简要介绍了DSSC的基本结构和工作原理,指出了传统液态电解质存在的问题,综述了近年来以聚合物为基体制备的新型固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质以及多孔聚合物电解质在DSSC中的应用,最后对聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的发展做出了展望。     

准固态染料敏化太阳能电池中电解质体系的研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells)是新一代将光能转化为电能的重要能源转换装置。它具有低廉的材料和器件制作成本、较高的光电转换效率以及电池制作过程简单等诸多优点,拥有广阔的应用空间和巨大的潜在商业价值,因而吸引了广泛的研究关注。染料敏化太阳能电池主要由染料敏化的光阳极、电解质和对电极三个部分组成。其中,电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其对离子的传导和扩散,以及促进染料再生的能力极大地影响着染料敏化太阳能电池的电荷传输和光电性能。本文聚焦于染料敏化太阳能电池准固态电解质体系,主要从聚合物凝胶电解质、有机小分子凝胶电解质和无机纳米粒子凝胶电解质三大方面综述讨论了该研究领域当前最新研究进展,并对其未来研究趋势进行了展望。     

高性能石墨烯基染料敏化太阳能电池光阳极

石墨烯基光阳极可以显著提高染料敏化太阳能电池(DSSCs)的性能,因而具有广阔的应用前景。本文制备了一种具有三层结构的光阳极,并对每层之间的协同效应进行了研究。同时揭示了传输层与工作层界面接触水平对DSSCs性能的影响。传输层中三维网状石墨烯(3DGNs)的高质量及连续性结构为光生电子提供了快速的输运通道,而能量转换效率(η)与还原氧化石墨烯(RGO)的质量分数和还原程度密切相关,工作层中的RGO增强了电极和电解质界面处的化学接触水平。为了进一步提高入射光的散射能力及染料分子的吸附能力,在光阳极中增加了基于RGO-TiO2的散射层。经过优化工作层和散射层中RGO的官能团的类型和质量分数,DSSCs的能量转换效率达到10.7%。     

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...     

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。     

电荷分离型染料在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

染料敏化太阳能电池中的染料起到吸收光能和传导光生电子的作用,而染料的电荷分离状态能有效提高电子注入效率,抑制电荷复合,进而提高器件性能。本文以电荷分离(CS)型染料为敏化剂,采用spiro-OMeTAD为空穴传输材料制备了全固态染料敏化太阳能电池,分析了TiO_2光阳极膜厚的影响,当TiO_2光阳极膜厚为1. 2μm时,器件性能最优;探讨了染料结构对器件性能的影响,其中染料MTPABT-Pyc的器件性能最好,其光电流和效率分别为7. 38mA/cm~2和3. 06%。相比于电荷转移(CT)型染料MTPAcc,MTPABTPyc具有相近的捕光能力,但是其效率比MTPAcc (2. 64%)提高了16%。研究结果表明,CS型染料的电荷分离态对电荷复合的抑制和空穴的传输具有明显的优势。     

基于单晶TiO_2纳米颗粒光阳极的高效染料敏化太阳能电池

以阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列为原料,在含氟化铵的密闭环境中通过热处理直接将TiO_2纳米管阵列转化为单晶TiO_2纳米颗粒膜.不同热处理时间样品的扫描电子显微镜(SEM)图表明,单晶TiO_2纳米颗粒是由TiO_2纳米管坍塌后重新生长成的.X射线衍射(XRD)及高倍率透射电子显微镜(HR-TEM)图显示出TiO_2纳米颗粒为锐钛矿单晶.将这种单晶TiO_2纳米颗粒膜转移到导电玻璃上制备染料敏化太阳能电池光阳极,获得良好的光电性能.对单晶TiO_2纳米颗粒膜厚度进行优化后,染料敏化太阳能电池最高光电转换效率达到8.66%,单色光光电转换效率最高值为86.70%.该方法是一种非水热制备法,克服了水热法对产量的限制,从而为大量制备高质量单晶TiO_2纳米颗粒提供了一种简单可行的方法.     

染料敏化太阳能电池中低染料吸附浓度下的界面电荷复合效应

在保持染料吸附量不变的条件下,通过增加TiO2薄膜厚度来降低染料在TiO2薄膜表面的吸附浓度.研究了染料吸附浓度与染料敏化太阳能电池(DSC)中界面电荷复合效应的关系.研究发现,在低染料吸附浓度下,DSCs中界面电荷复合效应明显降低,并由此使得DSC在薄膜厚度增加时,仍能保持0.72～0.80的高填充因子;在TiO2光电极有效面积由0.25 cm2增大到1 cm2时,总光电转换效率(η)损失由34.7%减少到19.6%.     

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。     

高相转变温度的离子凝胶电解质基准固态染料敏化太阳电池

染料敏化太阳电池(DSC)以其低价、高效等优势, 成为学术界和工业界的研究热点. 传统液态电解质由于易挥发、易泄漏等问题, 导致基于液态电解质的电池难以保持长期稳定, 影响光伏技术的应用. 本文合成了N,N'-1,5-戊二基双月桂酰胺, 将其作为有机小分子胶凝剂(LMOG)胶凝离子液体电解质(ILE)制备了离子凝胶电解质(IGE)并组装成准固态电池(QS-DSCs). 差示扫描量热测试显示该凝胶电解质的相转变温度(T_gel)为104.7℃, 具有良好的本征热稳定性.利用循环伏安法、电化学阻抗谱、调制光电压/光电流谱分别研究了液态电池和准固态电池内部电子传输和复合动力学过程. 结果表明, 凝胶电解质的三维网络结构加速了TiO₂光阳极/电解质界面电子与电解质中I₃^-的复合过程, 使电子寿命降低, 导致准固态电池的光电转换效率略低于液态电池. 在AM1.5 (100 mW·cm^-2)及50℃条件下的加速老化测试结果显示, 持续老化1000 h后其光电转换效率(η)无衰减,而液态电池的光电转换效率衰减为初始值的86%, 表明准固态电池具有良好的光热稳定性.     

半菁类染料敏化太阳能电池的光电化学性能研究

研究了三种不同长度碳链取代的半菁类染料2-[4-(N,N-二羧乙基)氨基]苯乙烯基-1,3,3-三甲基苯并吲哚鎓碘(BIDC1)、2-[4-(N,N-二羧乙基)氨基]苯乙烯基-1-丁基-3,3-二甲基苯并吲哚鎓碘(BIDC2)和2-[4-(N,N-二羧乙基)氨基]苯乙烯基-1-辛基-3,3-二甲基苯并吲哚鎓碘(BIDC3)敏化太阳能电池的光电化学性能。其中BIDC1的敏化效果最好,在100mW/cm2氙灯光源下,开路电压、短路电流、填充因子和转换效率分别是430mV、1.31mA/cm2、0.52、0.29%。研究表明,随着半菁染料碳链取代基的增长,光电转换效率逐渐降低。     

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.     

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％．     

染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极研究进展

本文介绍了染料敏化太阳能电池中TiO₂光阳极的研究与应用现状。对TiO₂光阳极常用的制备方法进行了综述，详细地讨论了复合核壳结构、掺杂电极、优化材料以及多级结构等一系列新材料的引入和结构改进所引起的电池光电性能的提高。文章指出获得具有好的光收集效率、快速的电荷传输以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜将是未来TiO₂光阳极研究的方向。     

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。