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.     

基于偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物凝胶电解质的染料敏化太阳电池光电性能研究

采用偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]胶凝3-甲氧基丙腈基液体电解质, 成功制备了凝胶电解质并组装成准固态染料敏化太阳电池. 差示扫描量热测试结果表明凝胶电解质的溶液-凝胶转变温度(TSG)为71 ℃. 利用电化学方法分析了凝胶电解质中 电对的表观扩散系数及电导率低于液体电解质的原因, 同时结合暗态伏安法考察了电池内部TiO2多孔薄膜电极/电解质界面处的暗反应, 分析了凝胶化对电池光伏性能的影响. 进一步老化实验结果表明凝胶电池的稳定性明显优于液体电池.     

Ru(II)染料与聚3-甲基噻吩复合敏化纳米结构TiO2电极的光电化学研究

利用光电流作用谱、循环伏安等光电化学方法研究了染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA (L＝2,2'-bipydine-4,4'-dicarboxylic acid)与聚3-甲基噻吩(P3MT)复合敏化电极的光电化学性质. RuL₂(SCN)₂: 2TBA/P3MT复合敏化TiO₂纳米晶多孔膜电极比染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA敏化TiO₂纳米结构电极的光电转换效率大幅度提高. 复合敏化电极中存在p-n异质结有效地抑制了电子的反向复合, 减少了电子的损失.     

Ru(II)染料与聚3-甲基噻吩复合敏化纳米结构TiO2电极的光电化学研究

利用光电流作用谱、循环伏安等光电化学方法研究了染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA (L＝2,2'-bipydine-4,4'-dicarboxylic acid)与聚3-甲基噻吩(P3MT)复合敏化电极的光电化学性质. RuL₂(SCN)₂: 2TBA/P3MT复合敏化TiO₂纳米晶多孔膜电极比染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA敏化TiO₂纳米结构电极的光电转换效率大幅度提高. 复合敏化电极中存在p-n异质结有效地抑制了电子的反向复合, 减少了电子的损失.     

两亲型多吡啶钌(II)染料的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用

合成了两亲型多吡啶钌(II)配合物：顺式-二异硫氰根(4,4'-二叔丁基-2,2’-联吡啶)(4,4’-二羧酸-2,2’-联吡啶)合钌(II)(K005)，并用循环伏安法、核磁共振氢谱、紫外－可见吸收光谱、傅立叶变换红外光谱等对其进行了表征。该配合物在537和418 nm处有强的金属－配体电荷转移吸收带，可以在很宽带光谱范围内对纳米二氧化钛薄膜进行敏化。对K005染料的光物理和光化学性能和著名的N3染料和两亲型染料Z907进行了对比。通过循环伏安测试，观察到了一对可逆氧化还原电对，其阳极峰电位和阴极峰电位差0.08 V，半波电位为0.725 V(相对于饱和甘汞电极)，这个电对归属于RuII/III的氧化还原。这个配合物成功用作染料敏化太阳电池的敏化剂，在未对二氧化钛薄膜和电解质进行优化时，在AM 1.5，100 mW cm-2的太阳辐照下，获得了3.72%的光电转换效率。     

染料敏化纳米薄膜太阳电池中离子液体基电解质的研究进展

综述了离子液体基电解质在染料敏化纳米薄膜太阳电池中的研究及应用进展，详细论述了多种离子液体基电解质系统对染料敏化纳米薄膜太阳电池性能的影响，并比较了这些系统的优缺点. 根据胶凝剂的不同分别论述了离子液体基电解质的固化及其对电池性能的影响. 评述了离子液体基电解质在大面积电池中的应用，并对离子液体基电解质未来发展方向进行了展望.     

氧气氛烧结电极对染料敏化太阳电池微观性能影响机理研究

为了改善染料敏化太阳电池内电子的传输复合过程, 研究者尝试不同方法制备或改性TiO₂薄膜. 不同烧结气氛可以改变TiO₂薄膜的表面特性, 是一种有效的方法并被广泛研究. 采用两步烧结法制备氧气氛烧结TiO₂电极并应用于染料敏化太阳电池:第一步将电极在空气或氧气氛中510℃保温30 min以清除TiO₂薄膜中有机物; 第二步将电极进一步在氮气氛中510℃保温10 min以移除电极表面吸附的多余氧原子. 通过与空气烧结电池宏观性能及微观性能的对比, 细致研究了氧气氛烧结电极表面特性对染料敏化太阳电池传输复合微观动力学过程的影响机制. TiO₂薄膜表面特性及带边移动、电子传输复合过程的表征分别借助XPS能谱仪和强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)等探测技术完成. 结果表明, 氧气烧结电极Ti³⁺复合中心减少, 使电池内部电子复合得到有效抑制. 同时, 氧气烧结电极染料吸附量增加且导带边正移, 使得光生电子浓度升高, 膜内电子传输过程加快. 最终, 氧气烧结电极有效改善了电池光吸收效率、电子收集效率以及注入效率, 使电池效率由6.90%提升至7.53%.     

染料敏化太阳电池中TiO2膜内电子传输和背反应特性研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)研究电池内部电子传输机理和电子背反应动力学特性.利用理论表达式对不同TiO₂多孔膜厚度(d)的电池实验数据进行了拟合,得到了电池的吸收系数(α)、电子扩散系数(D_n)、电子寿命(τ_n)、电子传输时间(τ_d)和入射单色光光电转化效率(IPCE)等微观参数的数值.研究表明：膜薄有利于加快电子传 关键词： 染料敏化 太阳电池 IMPS/IMVS 传输     

染料敏化太阳电池中TiO2膜内电子传输和背反应特性研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)研究电池内部电子传输机理和电子背反应动力学特性.利用理论表达式对不同TiO2多孔膜厚度(d)的电池实验数据进行了拟合,得到了电池的吸收系数(a)、电子扩散系数(Dn)、电子寿命(τn)、电子传输时间(τd)和入射单色光光电转化效率(IPCE)等微观参数的数值.研究表明:膜薄有利于加快电子传输,膜厚有利于提高光生电子浓度,进而从微观层面上研究了薄膜厚度对于电池内部电子产生、传输和复合过程的影响.     

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。