大面积染料敏化太阳电池的实验研究

通过对大面积染料敏化太阳电池的实验研究，探讨了串联电阻对大面积染料敏化太阳电池光伏特性的影响问题，给出了解决这一问题的有效方法. 在此基础上制作的大面积条状电池(0.8cm×18cm)光电转换效率达到6.89%，而由此条状电池并联组成的大面积电池(15cm×20cm)的效率接近6%. 使得大面积染料敏化太阳电池的研究工作取得突破性进展，迈出了实用化的关键一步，为其工业化生产及商业化应用提供了理论和实验依据. 关键词： 大面积 染料敏化 太阳电池 串联电阻     

染料敏化纳米薄膜太阳电池实验研究

染料敏化纳米薄膜太阳电池（DSCs）的性能主要是由纳米多孔TiO２₂薄膜、染 料光敏化剂 、电解质、反电极（光阴极）等几个主要部分决定的.通过优化DSCs各项关键技术和材料的 性能，并通过小面积DSCs的系列实验和优化组合实验来检测各项参数对DSCs性能的影响，获 得在光照1个太阳（AM15）下，光电转换效率达到895%.这为进行产业化制备大面积DSCs 打下了良好基础. 关键词： 染料敏化 太阳电池 优化 效率     

染料敏化纳米ZnO薄膜太阳电池机理初探

讨论利用ZnO代替TiO2作为光阳极制作染料敏化薄膜太阳电池的可行性.使用LSV法，IR光谱和UV-vis光谱探讨了电池的工作机理和性能，并与染料敏化纳米TiO2薄膜太阳电池作了比较.结果发现ZnO薄膜表面与染料的吸附键合力太弱是导致ZnO太阳电池效率低下的主要原因. 关键词： 纳米ZnO 太阳电池 染料敏化 量子效率     

染料敏化太阳电池及其进展

文章介绍了染料敏化太阳电池的研究背景和发展过程,简述了基于纳米TiO2半导体电极材料的染料敏化太阳电池的基本结构和工作机理.详细阐述了该电池国内外各项关键技术的实验和产业化研究最新成果,着重分析了染料敏化太阳电池的未来发展趋势,并对该电池的应用前景进行了展望.     

TiO2颗粒尺寸对染料敏化太阳电池内电子输运特性影响研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)研究了染料敏化太阳电池(DSC)内部电子传输和背反应动力学特性.在纳米TiO2薄膜厚度相同的情况下,借助于IMPS/IMVS测量了由3种不同TiO2颗粒尺寸大小薄膜制备出DSC的电荷传输特征参数值.IMPS/IMVS理论模型拟合实验测量数据的结果表明:在不同入射光强下,随着颗粒尺寸的增大,电子扩散系数(Dn)增大,而电子寿命(τn)减小,电子传输时间(τd)也减小.Dn随颗粒尺寸增大而增加归因于薄膜表面积的减小,而τn减小可以通过缺陷之间的跃迁频率来解释,τd减小是由于TiO2薄膜内缺陷浓度减小而导致的.     

基于半经验模型对大面积染料敏化太阳电池性能影响因素的研究

以影响大面积染料敏化太阳电池性能的几个物理参量和几何参量为切入点, 分析了内部电阻对电池性能的影响, 针对几种构型不同的大面积电池, 建立了效率的半经验模型. 根据并联、串联、和各单元独立式串并联的大面积电池的相关物理参量和几何参量, 对电池效率进行了计算. 通过比较计算值与测试值的偏差, 分析了半经验模型的适用性. 在半经验模型的基础上, 分析了相关物理参量和几何参量对电池性能的影响. 结果表明, 在实际应用中, 通过半经验模型分析物理参量和几何参量的影响, 可以优化大面积电池的性能.     

基于薄膜电极溶胶修饰的染料敏化太阳电池光电特性研究

染料敏化太阳电池(DSC)中的纳米薄膜电极 是决定太阳电池光电转换性能的重要组成部分. 为改善薄膜电极特性, 采用了不同浓度的TiO₂溶胶对DSC光阳极导电玻 璃和纳米TiO₂多孔薄膜进行不同方式的界面处理. 利用X射线衍射方法对制备得到的多孔薄膜以及溶胶经高温处理 后致密层中纳米TiO₂颗粒的尺寸及晶型进行了测试. 采用高分辨透射电子显微镜和场发射扫描电子 显微镜观察了纳米颗粒及薄膜微结构形貌. 采用强度调制光电流谱/光电压谱分析了TiO₂溶 胶的不同处理方式对电子传输和复合的影响. 在100 mW· cm^-2光强以及暗环境下分别测试了DSC的伏安输出性能以及暗电流. 结果表明, 不同浓度和处理方式均能较好地抑制暗电流. 溶胶处理后光生电子寿命τ_n延长, 电子传输平均时间τ_d相应缩短. 采用浓度为0.10 mol·L^-1的 溶胶对导电玻璃和多孔膜同时处理, DSC的宏观输出特性最佳, 短路电流密度J_sc提高了10.9%, 光电转换效率η提高了11.9%.     

染料敏化太阳电池内部光路折转对电子传输特性的影响

基于染料敏化太阳电池(DSC)光阳极的反射层结构,建立了含有 光路折转的电子连续性方程.计算和分析了不同吸收条件和反射条件下的调制光 电流频率响应特性,研究了DSC内部光路折转对电子传输特性的影响.通过不同膜 厚的强度调制光电流谱 测试表明, 建立的模型反映了DSC内部光路折转时调制光电流频率 响应.动力学研究结果表明, 在含有反射层的DSC中,电子传输动力学过程依赖 于光吸收系数、薄膜厚度以及大颗粒反射能力等因素. DSC内部光路折转导 致较深陷阱被电子填充,缩短了电子在陷阱中的停留时间, 减小了俘获/脱俘影响, 使电子传输过程加快.     

染料敏化太阳电池的实验室制备

根据染料敏化太阳电池的工作原理和结构构成,介绍了在基础实验条件下制备染料敏化太阳电池的方法.实验表明,采用天然染料敏化的TiO2半导体薄膜作为光阳极,镀碳的导电玻璃作为反电极,并选用含碘的氧化-还原电解质,通过组装能够产生一定的电能.     

聚苯胺基固态染料敏化太阳电池中电子输运性能的研究

以导电聚苯胺为空穴传输材料，制备了固态染料敏化太阳电池(DSC).利用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)研究了TiO₂多孔膜内的电子输运及复合过程.通过TiO₂多孔膜内电子的平均传输时间(τ_d)和电子寿命(τ_n)及对IMPS实验数据的拟合，获得电子在TiO₂膜内的有效扩散系数(D_n)和扩散长度(L_n).这些聚苯胺基电池中的τ_n值为相应的液体型电池的1/10倍左右，表明在该固体电池中存在严重的光生电子的复合过程，这很可能主要是与氧化态染料分子和导电电子间的复合有关.随着TiO₂膜厚的增加，τ_n和τ_d均变小，但D_n和L_n随之增加，只有在合适的膜厚范围内才能获得较高的光伏性能. 关键词： 聚苯胺 染料敏化太阳电池 IMPS IMVS     

纳米TiO2多孔膜的微结构对染料敏化纳米薄膜太阳电池性能的影响

采用溶胶-凝胶方法，在不同的实验条件下获得平均粒径从15到25nm左右的纳米TiO２2颗粒.利用这些颗粒制备出的纳米多孔薄膜，应用于染料敏化纳米薄膜太阳电池. 通过x射线 衍射仪分析，得到TiO２₂颗粒的晶相以及晶粒度大小，用透射电子显微镜观察 了纳米TiO２₂颗粒的形貌和尺寸.应用于太阳电池的纳米TiO２₂多 孔膜，经基于布朗诺尔-埃米特-泰 勒（BET）的多层吸附理论的比表面积测试和孔径分布测试，获得了多孔膜的微 关键词： 溶胶-凝胶法 2')" href="#">纳米TiO２₂ 染料敏化 太阳电池     

负偏压作用下染料敏化太阳电池界面及光电性能研究

太阳电池组件由于局部电压不匹配,其中部分电池可能较长时间工作在负偏压状态下,从而影响电池光电性能.借助拉曼光谱、电化学阻抗谱和入射单色光量子效率(IPCE)等测试手段,研究长期负偏压作用下染料敏化太阳电池光电性能的变化及其影响机理.拉曼光谱研究结果表明:电池在1000 h负偏压作用下,电解质中阳离子(Li⁺)会向光阳极(TiO₂电极)移动并嵌入TiO₂薄膜中;长期负偏压作用还会致使TiO₂/电解质界面阻抗增大和IPCE下降,导致电池开路电压升高和短路电流减小.通过加入苯并咪唑(BI)添加剂,经1000 h负偏压后电池的拉曼光谱实验表明,BI能在一定程度阻碍Li⁺的嵌入,电池具有较好的长期稳定性.不同负偏压下的老化实验进一步表明,通过加入添加剂能够使电池在长期负偏压下保持较好的稳定性. 关键词： 染料敏化 太阳电池 组件 负偏压     

Electron transport in dye-sensitized solar cells based on TiO2 nanowires

Anatase titanium dioxide nanowire arrays were prepared by hydrothermally oxidizing titanium foils in aqueous alkali and transferred onto fluorinated tin oxide(FTO)glass for use as the photoanodes of front side illuminated dye-sensitized solar cells(DSCs).Electrochemical impedance spectroscopy(EIS)measurement was applied to compare the electron transport and recombination properties of DSCs using TiO2nanowire films and TiO2nanoparticle films as photoanodes.It was found that the nanowire array films possess smaller electron transport resistance(Rt)and larger electron diffusion length(Le)in the photoanodes,suggesting that the nanowire arrays can enhance the electron transport rate and have a potential to improve the charge collection efficiency of DSCs.     

三维多孔复合碳层对电极的制备及其光伏性能研究

基于TiO_2光阳极、Pt对电极的染料敏化太阳能电池(DSSC)因其优异的光电转换特性受到了广泛的关注,然而Pt昂贵的价格制约了其发展与应用.针对这一问题,本文设计、制备了一种由相对致密且高导电的石墨膜(PC层,底层)及多孔碳纳米颗粒膜(CC层,顶层)构成的低成本、高性能三维多孔复合碳层对电极.基于该CC/PC对电极的DSSC具有优异的光伏性能:在1.5标准太阳光照射下,其填充因子高达65.28%(较Pt对电极高4.1%)、光电转换效率高达5.9%(为Pt对电极的94.2%). CC/PC对电极的优异光伏性能主要归因于其独特的三维多孔导电结构,该结构有极高的比表面积和丰富的催化反应活性位,有利于电子的快速传输及离子的快速转移,在这些因素的协同作用下,其光电转换性能大大改善.     

电极表面改性对染料敏化太阳电池性能影响的机理研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术,从染料敏化太阳电池(DSC)电子传输和复合角度对比了不同光强下导电玻璃表面阻挡层及TiO₂薄膜优化使电池性能改善的内在原因.阻挡层的引入和TiO₂薄膜的优化均通过电沉积法实现.结果表明,对多孔薄膜电极的不同改性均提高了电池的短路电流J_sc和效率η,但对电子传输和复合过程的作用机理有所不同:前者延长了电子寿命τ _n,但电子传输时间τ _d变化不明显;而后者则主要是延长τ _n的同时也缩短了τ _d. 关键词： 染料敏化 太阳电池 调制光电流谱/调制光电压谱 电子输运     

基于石墨烯基电极染料敏化太阳能电池的研究进展

对近几年石墨烯基电极染料敏化太阳能电池的研究成果进行了追踪,分析了多种改性石墨烯电极应用于染料敏化太阳能电池后能量转换效率变化的原因,深入研究了改善石墨烯对电解质的还原电催化反应活性物理机理,为解决该电池存在的问题理清了思路,对该方向未来的研究工作给出了建议,探索和制备新材料以进一步打破石墨烯的层间堆叠是提高该电池性能的关键。