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.     

锐钛矿相纳米TiO2晶体生长动力学及生长过程控制

研究了采用溶胶-凝胶法经由前驱物钛酸四异丙酯水解制备纳米TiO₂结构相变及锐钛矿晶体生长动力学过程. 研究结果表明,在酸性条件下水解,由于高压热处理温度的变化导致锐钛矿向金红石相的结构相变,锐钛矿相纳米TiO₂生长活化能在250℃以下和以上分别为(15.8±4.5)kJ/mol和(80.2±1.0)kJ/mol;而在碱性条件下水解的活化能值为(3.5±0.4)kJ/mol. 在不发生结构相变的条件下,酸性水解条件下锐钛矿相纳米TiO₂生长速 关键词： 2')" href="#">纳米TiO₂ 锐钛矿 生长动力学 溶胶-凝胶法     

锐钛矿相纳米TiO2晶体生长动力学及生长过程控制

研究了采用溶胶-凝胶法经由前驱物钛酸四异丙酯水解制备纳米TiO2结构相变及锐钛矿晶体生长动力学过程. 研究结果表明,在酸性条件下水解,由于高压热处理温度的变化导致锐钛矿向金红石相的结构相变,锐钛矿相纳米TiO2生长活化能在250℃以下和以上分别为(15.8±4.5) kJ/mol和(80.2±1.0) kJ/mol;而在碱性条件下水解的活化能值为(3.5±0.4 kJ/mol. 在不发生结构相变的条件下,酸性水解条件下锐钛矿相纳米TiO2生长速率相比没有碱性条件下快,即表明在酸性条件下提高锐钛矿生长速率主要依靠提高温度来实现,而在碱性条件下,可以通过延长高压热处理时间使得晶体生长速率加快,该研究成果对实现锐钛矿相纳米TiO2晶体尺寸控制和将来批量化制备提供了理论和实验指导.     

强度调制光电流谱/光电压谱及其应用

本文介绍了强度调制光电流谱/光电压谱(IMPS/IMVS)的基本原理和测试方法,综述了IMPS/IMVS在各个领域中的研究进展,特别是在染料敏化太阳电池和半导体电极中电子传输动力学的应用,评述了研究过程中的问题和存在的争议,并对IMPS/IMVS的未来应用进行了展望。     

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.     

分子间作用力对咪唑盐介晶相性质的影响

通过对咪唑环1位(N1)取代烷基、3位(N3)取代基及阴离子的修饰合成了一系列具有近晶A (SmA)相的咪唑类离子液晶. 利用差示扫描量热法、单晶衍射、小角度X射线衍射等手段研究了咪唑盐的介晶相温度范围、介晶态的结构, 并测量了部分咪唑盐的各向异性导电率. 结果表明, 咪唑环N1取代烷基、N3取代基及咪唑盐的阴离子会改变分子间范德华力和氢键, 从而对咪唑盐的介晶相性质产生影响. 此外, 当乙烯基引入到咪唑环N3位置时, 咪唑盐相邻的层结构之间形成π-π堆积作用, 不仅有利于介晶态的形成, 同时使氟硼酸类离子液晶具有最大的层间距和最小的各向异性导电率. 这一结果表明, 调控离子液晶的性质时必须综合考虑各种分子间作用力的影响.     

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     

调制光/电作用下染料敏化太阳电池中电荷传输和界面转移研究

详细讨论了染料敏化太阳电池(DSC)在稳态光照射或外加偏压下电荷的传输和转移过程,以及在调制光/电作用下电池的频率响应特点.通过电化学阻抗谱、光电化学阻抗谱、强度调制光电流谱和强度调制光电压谱等四种频谱光电测试手段,对DSC中TiO₂薄膜电子传输和界面转移的相关时间常数进行测量.详细分析和比较了电荷的传输及转移过程对时间常数的影响.结果表明,在低光强或低偏压下电荷传输和转移过程对时间常数影响较小,但在高光强或高偏压下对电子寿命影响明显.     

碱金属碘化物与冠醚或穴醚的配合物中I3-和I-的氧化还原行为及其在染料敏化纳米薄膜太阳电池中的应用研究

本文利用超微铂电极和循环伏安法研究了在碱金属碘化物与冠醚或穴醚配合物的3-甲氧基丙腈(MePN)溶液中I₃^-和I^-的氧化还原行为。发现I₃^-和I^-在其中的表观扩散系数与阳离子有关，且I₃^-的表观扩散系数符合以下规律：1,2-二甲基-3-丙基咪唑阳离子(DMPI⁺)> [Na(¯¯15-C-5]⁺ > [K(¯¯18-C-6]⁺ > [Na(¯¯2.2.1-cryptand]⁺，I^-的表观扩散系数则为：[Na(¯¯2.2.1-cryptand]⁺> [Na(¯¯15-C-5]⁺ ≈[K(¯¯18-C-6]⁺> DMPI⁺。比较了由上述配合物和1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘(DMPII)组成的染料敏化纳米薄膜太阳电池(DSC)的光伏性能，结果表明由上述配合物组成的DSC，其短路电流略高于DMPII，填充因子略低于DMPII，这与I^-和I₃^-在其中的表观扩散系数的大小是相一致的。此外，电解质溶液中的溶剂对DSC的光电转换效率也有较大影响，以MePN为溶剂，含DMPII的DSC的光电转换效率要高于[K(¯¯18-C-6]I，而以乙腈为溶剂，两者的光电转换效率并没有明显的差别。     

A Study on Porosity Distribution in Nanoporous TiO2 Photoelectrodes for Output Performance of Dye-Sensitized Solar Cells

Porosity as one of the crucial factors to film morphology affects the overall electrical current-voltage characteristics of dye-sensitized solar cell （DSC）. We search for the short-circuit current density, the open-circuit voltage and the maximum power output as the main functional parameters of DSC closely related to porosity under different film thickness. The theoretical analyses show some exciting results. As porosity changes from 0.41 to 0.75, the short-circuit current density shows the optimal value when the film thickness is 8-10 μm. The open-circuit voltage presents different variation tendencies for the film thicknesses within 1-8 μm and within 10-30 μm. The porosity is near 0.41 and the film thickness is about 10 μm, DSC will have the maximum power output. The theoretical studies also illustrate that given a good porosity distribution, DSC can obtain an excellent short-circuit current characteristic, which agrees well with the experimental results reported in previous literature.