染料敏化太阳电池石墨/聚苯胺复合对电极的低温制备和性能

通过低温制备(120℃)构建出不同比例石墨/聚苯胺复合对电极,分析了复合对电极组装的染料敏化太阳电池(DSCs)的光电性能,并通过X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、电化学交流阻抗法和循环伏安法等表征方法探讨了光电性能变化的内在原因,同时探讨了复合对电极中引入镍纳米颗粒对DSCs光电性能的影响。结果表明:在对电极中,聚苯胺质量含量25%的复合对电极对I_3~-/I~-氧化还原反应具有更佳的催化活性,其DSCs短路电流密度、开路电压分别达到7.41mA·cm~(-2),和0.595V,其DSCs光电转换效率最大为2.193%,与纯石墨对电极和纯聚苯胺对电极时相比,光电转换效率分别提高了86.6%和45.3%。添加镍纳米颗粒后,导致复合对电极串联电阻的增加以及催化活性的弱化,最终促使相应器件的四个光电性能参数均有不同程度的下降。     

一步法热分解制备染料敏化太阳能电池Pt对电极

用旋涂热分解前驱H2PtCl6·6H2O溶液制备Pt/FTO对电极,研究了旋涂退火次数对Pt/FTO对电极的载铂量、透光率和组装的染料敏化太阳能电池光电性能的影响。结果表明,用5次旋涂退火的对电极组装的电池具有最佳的能量转换效率(6.78%),高于用传统的磁控溅射对电极组装的电池。基于在最佳光电性能情况下对电极的旋涂次数和载Pt量,进一步优化H2PtCl6?6H2O前驱液的浓度和使用体积。采用一步滴涂退火处理,得到了具有高透光性、低载Pt量和高的组装电池效率的Pt/FTO对电极。用此一步法制备的Pt/FTO对电极,组装成的电池能量转换效率达到6.92%。     

低温制备石墨/活性碳对电极的光电性能及阻抗分析

通过低温制备(120℃)出不同活性碳/石墨比例的碳对电极,着重分析了碳对电极的阻抗特征及其染料敏化太阳电池(DSCs)的光电性能,同时探讨了碳对电极中引入银导电浆料对DSCs光电性能的影响.结果表明,DSCs的光电性能随着碳对电极中活性碳含量的增加而增强,其中短路电流和转换效率与活性碳含量呈线性关系,而填充因子与活性碳含量呈抛物线变化.阻抗分析发现,电荷转移阻抗(RCT)和Nernst扩散阻抗(Zp)随着碳对电极中活性碳含量的增加而减小.碳对电极中活性碳含量越低,加入银导电浆料对DSCs光电性能的改善越显著,当为纯石墨对电极时,DSCs的转换效率提高了13.6％.     

表面活性剂改性的大孔径介孔炭对电极染料敏化太阳电池(英文)

以大孔径的介孔炭(MC)为催化层材料经低温热处理构建出炭对电极,着重探讨了在炭浆料中添加Triton X100对其组装的染料敏化太阳电池(DSCs)光电性能的影响,并引入分形维数(DF)用于定量评估炭膜形貌的差异。结果表明,当炭浆料中Triton X100的含量增加到0.1 mL(相应MC含量为0.6 g)时,DSCs的光电转换效率增加至5.65%,其值比活性炭对电极DSCs高46.5%,且达到Pt对电极DSCs的95.4%。Triton X100改性的介孔炭对电极的高性能归功于高品质的炭膜和介孔炭本身合理的孔结构(如大尺寸孔径和大比表面积等)。相对于未添加Triton X100的纯介孔炭对电极,Triton X100改性的介孔炭对电极具有分布更均匀的炭膜和更小的分形维数,是对电极欧姆串阻减小及相应器件效率改善的一个重要因素。     

钼酸锌-碳复合材料在染料敏化太阳能电池对电极中的应用

采用水热合成法制备出片状结构钼酸锌, 并以其为原料, 添加石墨(G)或导电碳(Cc), 利用喷涂法分别制备出ZnMoO₄、ZnMoO₄-G和ZnMoO₄-Cc对电极催化材料, 应用于染料敏化太阳能电池(DSCs)中。实验结果表明: 以ZnMoO₄为对电极材料的DSC光电转换效率为4.19%, 在分别添加石墨及导电碳制备成复合对电极材料后, 其相应的光电转换效率分别提高到6.56%及7.36%。其中, ZnMoO₄-Cc对电极与相同条件下铂对电极的光电转换效率(7.81%)相当。电化学阻抗(EIS), 循环伏安法(CV)及Tafel极化曲线测试结果表明, ZnMoO₄、ZnMoO₄-G和ZnMoO₄-Cc三种材料均具有一定的导电性和电催化性能。     

利用电沉积-溶剂热-硒化技术提高基于二硒化镍对电极的染料敏化太阳能电池的填充因子

为了促进绿色可再生能源的开发利用,提高低成本染料敏化太阳能电池(DSCs)的光伏性能显得十分重要。对电极作为DSCs的重要组成部分,直接影响其光伏性能。针对硒化镍对电极的电催化性能及其光伏性能有待提高等关键问题,学者们已采用多种合成技术调控硒化镍的形貌与物相,从而提高硒化镍对电极的电催化性能。研究表明,二硒化镍(NiSe_2)纳米材料由于具有较多的边缘活性位点而展现出较好的导电性与催化性能。然而,与基于铂电极的电池器件相比,基于NiSe_2对电极的DSCs表现出相对较小的填充因子。本工作利用电沉积-溶剂热-硒化技术设计构建出一种新型NiSe_2对电极。其中以氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃为基底,采用恒电势电化学沉积技术制备了Co(OH)2薄膜,并以其为生长点通过溶剂热法合成镍基金属有机框架(Ni-MOF)结构,进一步以硒粉为硒源在氩气环境下进行硒化处理制备NiSe_2纳米材料。SEM、TEM、XRD与XPS测试结果表明:所制备的样品是由纯相NiSe_2物相构成; NiSe_2纳米材料呈现出颗粒状形貌,且平均粒径约为500 nm; NiSe_2纳米材料均匀生长在FTO导电玻璃表面上,可直接作为DSCs的对电极。循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)及塔菲尔(Tafel)极化曲线分析表明,NiSe_2对电极展现出较窄的峰-峰间距,较小的串联电阻、电荷传输电阻、能斯特扩散阻抗以及较大的还原峰电流密度和交换电流密度,预示着NiSe_2对电极具有良好的电催化性能。这是由于结晶度较高的纯相NiSe_2纳米材料具有丰富的边缘活性位点;电沉积-溶剂热-硒化技术有效改善了NiSe_2纳米材料在FTO导电玻璃上的附着强度,有利于电子的有效转移。此外,光电流密度-电压(J-V)曲线表明由NiSe_2对电极组装的DSCs呈现出优异的光伏性能,其能量转换效率(PCE)高达7. 63%,高于铂电极组装的DSCs(7. 21%),其填充因子从0. 65增大到0. 70,可能是由于NiSe_2对电极总电阻较小。本工作设计的新型NiSe_2对电极不仅具有优异的电催化性能,还成功改善了基于NiSe_2对电极的DSCs的填充因子,并有效提高了DSCs的光伏性能。     

低温原位形成SnO_2/TiO_2复合多孔膜的光电性能

以SnCl4为前驱体混合纳米TiO2通过低温热处理(150℃)在FTO基底上原位形成了SnO2/TiO2复合多孔膜,并将其作为光阳极引入染料敏化太阳电池(DSCs),着重考察了复合多孔膜中SnO2质量分数对DSCs光电性能的影响。结果表明:随着SnO2质量分数的增加,DSCs的短路电流和转换效率均先提升,随后急剧下降。当SnO2质量分数为25%时,短路电流和转换效率均达到最大值,分别是无粘结剂TiO2光电极DSCs的2.74和4.52倍。器件光电性能的改善主要归功于弥散分布的SnO2在复合多孔膜中起着"桥结"作用,提高了TiO2颗粒间以及TiO2颗粒与FTO之间的结合界面,为光生电子的导出提供了更多有效的路径。     

反溶剂法制备高效平面异质结钙钛矿太阳能电池

在一步旋涂制备钙钛矿活性层的过程中,通过无/有溶剂氯苯的处理,探究反溶剂法制备的平面钙钛矿太阳能电池的光伏性能。利用SEM、XRD、J-V以及IPCE对对照组和反溶剂制备的钙钛矿薄膜和器件进行表征。结果表明反溶剂法获得的平面钙钛矿太阳能电池的光电转换效率高达16.05%,比对照组效率提高了31.44%。瞬态光电压的结果也揭示了其背后的载流子寿命较长,表明反溶剂法制备的器件内的载流子复合得到有效抑制。     

石墨/TiO2共混碳薄膜对电极的电学与电化学性能研究

本文将石墨、TiO2纳米晶以及TiO2胶体共混,采用旋涂法制备了碳薄膜对电极,并用于组装染料敏化太阳能电池。采用场发射扫描电子显微镜观察薄膜的表面形貌,采用四探针电阻率测试仪、电化学交流阻抗图谱及太阳能电池综合测试仪对碳对电极的电学、电化学性质以及电池的光电性能分别进行测试;研究了薄膜厚度对碳对电极导电性能与电化学催化性能的影响。结果表明随着厚度增加,碳对电极的方块电阻和界面电荷传输电阻均变小,分别可达到26.6Ω.sp-1和11.8Ω.cm-2,而电池的填充因子及光电转换效率增大。当碳薄膜厚度为19.5μm时,光电转换效率可达到Pt对电极的70%。     

纳米ZnO-共轭聚合物MEH-PPV异质结太阳能电池的制备和研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),通过强碱水解锌盐溶液合成了ZnO的纳米粒子和纳米棒,并用旋涂的方法制备了纳米ZnO与MEH-PPV(聚苯乙烯撑)复合的异质结光电器件。通过TEM、XRD、UV、PL等手段考察了不同的纳米粒子后处理方法以及不同的纳米晶形状对器件薄膜形貌和光电性能的影响。制备的器件性能在纳米ZnO质量分数为75%时达到最高,此时短路电流Isc达到2.52mAcm-2、开路电压Voc为0.8V、填充因子FF为46.3%、光电能量转换效率η为1.00%。此结果接近目前国内外所报道的纳米ZnO共轭聚合物共混型器件的最高水平(目前报道最高的能量转换效率为1.60%)。     

纤维状纸炭对电极构造的准固态染料敏化太阳电池

将三种纸张(复印纸、滤纸和面巾纸)为原料经单步热解获得的纸炭作为对电极的催化材料引入准固态染料敏化太阳电池(QDSCs), 考查了纸炭的催化活性和相应器件的光电性能。结果表明: 三种纸炭均由径向尺寸约为10 μm的碳纤维堆砌而成, 具有低的结晶度和发达的孔隙, 因此相比石墨均能获得更佳的催化活性和更高效率的QDSCs。在三种纸炭中, 由复印纸获得的纸炭所含的碳纤维表面具有独特的细小鳞片结构, 使其拥有最高的比表面积和最优的催化活性。纸炭在QDSCs中既能提供催化活性点, 又能改善电解质的离子导电率, 因此获得高于铂对电极组装的QDSCs的短路电流和开路电压, 弥补了催化活性和填充因子的不足, 最终具有与后者相比拟的光电转换效率。     

低温制备介孔碳对电极构建的染料敏化太阳电池优化研究

以高比表面积的介孔碳为催化层材料通过低温烧结构建出对电极, 着重优化了其组装的染料敏化太阳电池(DSC)的整体结构和性能. 结果表明: 在碳浆料中添加Triton X100能改善碳颗粒之间以及碳催化层与衬底之间的接触界面, 促使DSC的转换效率从4.50%提升到4.82%, 增幅为7.1%. 随TiO₂薄膜厚度增加, DSC的转换效率先急剧增加, 随后趋于缓和, 其变化趋势是染料吸附量与电子传输路径相互竞争的结果. 在电解质中添加磷酸三丁酯能减小电解质电阻, 促使DSC的转换效率从3.59%提升到4.42%, 增幅为23.1%. 优化后, 介孔碳对电极DSC的转换效率达到4.82%.     

不同炭黑对钙钛矿太阳能电池性能的影响

本文研究了四种炭黑(Cabot Vulan XC-72(CVXC-72),XFI15,Ketjen EC-300J(EC300J),Ketjen EC-300JD(EC300JD))对碳对电极及其制备的电池性能的影响。研究结果表明:以EC-300J为基础制备的碳对电极导电性最好且其与CH3NH3PbI3前驱体溶液具有较好的润湿性,基于这种炭黑制备的电池器件得到了4.88%的光电转换效率,并具有较好的稳定性。     

量子点敏化太阳能电池对电极材料的研究进展

量子点敏化太阳能电池(Quantum Dot-Sensitized Solar cells, QDSCs)制备工艺简单, 制造成本低廉, 是一种有希望的新型太阳能电池。QDSCs利用量子点具有光谱吸收强、尺寸可调和多激子效应等优点, 能够提高其光电转换效率; 同时, 利用无机量子点替代染料作为敏化剂, 能够解决染料敏化太阳能电池(DSCs)的稳定性问题。但是, QDSCs光电转换效率较低是制约其应用的主要问题。近年来, 通过改变和调控对电极的材料和电子特性提高QDSCs的光电效率的方法受到了广泛关注。本文综述了QDSCs对电极材料的制备方法、微观形貌和晶体结构; 重点分析了金属化合物、复合材料、杂化材料、多元金属硫族化合物、导电聚合物和碳材料对电极对量子点敏化太阳能电池的电荷转移阻抗、光电性能等参数的影响; 并分析影响其电催化活性和电子传输性能的主要因素。最后, 提出通过表面修饰、复合和杂化等方法构筑新型对电极材料, 进而改善和提高QDSCs转换效率和稳定性, 是今后的研究重点和研究方向。     

单步热解竹叶生物炭的特征及其DSSC的光电性能研究

以竹叶为原料经单步热解获得生物炭,在分析生物炭的形貌、孔隙和晶体结构等特征的基础上,将其作为对电极催化材料引入染料敏化太阳电池(DSSC),并将其与活性炭和石墨进行对比。结果表明:生物炭是一种具有三级孔隙结构的富碳材料,比表面积为19.73cm2/g。三级孔隙的主要尺寸为20nm、150nm和1~5μm,其中少量的宏观孔隙具有取向性。生物炭中的碳元素主要以类石墨微晶堆积而成的无定型碳形式存在。生物炭的上述特征使其具有较优异的催化活性和较强的氧化还原对扩散能力,相应器件的光电性能远优于石墨,且与活性炭相当,三者器件的转换效率依次为2.44%、0.77%和2.09%。     

透明MSe2@氮掺杂碳膜对电极用于钴电解质双面DSSC

用层层自组装法制备一种M-TCPP(M=Ni、Fe)薄膜,然后原位硒化制备出MSe₂和氮掺杂碳的复合透明膜(MSe₂@NCF),将其用作对电极并结合钴电解质的特点制备了双面DSSC。对MSe₂@NCF的形貌、结构和电化学性能进行表征,并探讨了从正面和背面辐射DSSC时电池的电荷传输路线和光伏性能的区别。结果表明,NiSe₂@NCF具有可与Pt相媲美的催化活性,用其组装的双面DSSC从正面辐射和背面辐射其PCE分别为8.19%和6.02%,与用Pt电极组装DSSC的PCE(8.46%和6.23%)接近。     

聚(2-甲氧基-5-十二烷氧基)对苯乙炔/ZnO纳米线混合膜的光伏特性

采用脱氯化氢的方法合成了聚(2-甲氧基-5-十二烷氧基)对苯乙炔(PMODOPV)。利用热蒸发法在铜基片上制备氧化锌纳米线,以此为负极直接旋涂聚合物溶液,制备结构为氧化铟锡(ITO)/聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)/PMODOPV/ZnO/Cu的光伏器件。考察了器件的光伏特性以及纳米线的加入对光伏器件的影响。研究发现,加入ZnO纳米线制备的器件具有高的开路电压和短路电流,在标准AM1.5太阳光模拟灯照射下(1000W/cm2),器件的短路电流达到了5.37×10-3A/cm2,开路电压达到了1.01V,功率转换效率相应地达到了1.37%,其中功率转换效率与没有掺杂氧化锌纳米线的PMODOPV器件相比有明显提高。文中在氧化锌纳米线上旋涂PMODOPV获得活性层,从其膜表面的SEM图中可以看出,氧化锌纳米线类似网状的交织在聚合物的膜层中,纳米线与聚合物实现了微观尺度的结合。     

MoS2/碳纤维对电极的制备及其在DSSCs中的应用

以钼酸、硫氰酸铵和碳纤维(直径0.4mm,长8cm)为原料,采用一步水热法制备了MoS2/碳纤维对电极。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线能谱(EDX)对MoS2/碳纤维的微观组织结构进行了表征。采用循环伏安法(CV)对MoS2/碳纤维对电极的催化活性进行了研究。光电性能测试表明,基于MoS2/碳纤维对电极染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电转换效率为3.26%,大于基于Pt/碳纤维电极的光电转换效率2.93%,为低成本DSSC产业化技术研究奠定了基础。     

负载铜硫铟的鸡蛋壳膜制备染料敏化太阳能电池的对电极

通过利用一种生活中常见的垃圾-鸡蛋壳膜(Chicken Eggshell Membranes,ESM)作为原料,以简单的液相浸渍和炭化的方法制备了负载铜硫铟(CuInS2)纳米晶的碳化鸡蛋壳膜(Carbonized Chicken Eggshell Membranes,CESM),并应用于染料敏化太阳能电池的对电极。利用场发射扫描电镜、X-衍射、透射电镜和激光拉曼等相关测试表征了所制备CuInS2-CESM复合材料的形貌和结构,结果表明其呈现由碳纳米纤维组成的三维多孔网络结构,并且碳纳米纤维上均匀地分布着平均尺寸约为25nm的黄铜矿CuInS2纳米晶。太阳能电池光电性能测试表明,CESMCuInS2对电极比CESM对电极显示了更佳的短路电流密度(J_(sc)=12.48mA/cm~2)、开路电压(V_(oc)=0.78V)和光电转换效率(η=5.79%),并且接近于标准Pt对电极的光电性能。     

碳电极在钙钛矿太阳能电池中的研究进展

钙钛矿太阳能电池因具有成本低廉、制备工艺相对简单、光电转换效率高等优点而受到重点关注。为了进一步在较高的光电转换效率的基础上降低其成本,研究人员以碳替代贵金属作为电池的对电极,在不使用昂贵的空穴传输层情况下,将光电转化效率从6.64%提升到15.03%。根据碳电极在钙钛矿太阳能电池中应用的情况,介绍了碳电极的导电机理、组成结构、制备方法和应用技术,并对其应用前景进行了展望。