量子点敏化太阳能电池研究进展

综述了量子点敏化太阳能电池的结构、工作原理和量子点敏化剂的沉积方式、对电极的制备及性能、量子点敏化剂的改性以及半导体薄膜的制备方法,最后结合现存问题提出了今后的研究方向。     

量子点敏化太阳能电池简介

量子点敏化电池具有很多染料敏化电池无法比拟的优势,因此量子点敏化太阳能电池被视为具有高潜力的未来电池。文章对量子点敏化电池的发展历程、结构、工作原理、光阳极的制备、敏化剂的改性等作了简单介绍。     

量子点敏化太阳能电池性能提升方法的研究

量子点敏化太阳能电池是兼具低成本和高理论转化效率的第三代太阳能电池。目前量子点敏化太阳能电池的转化效率仍然不高,如何提高量子点敏化太阳能电池的性能和转化效率,是研究者共同关心的问题。本文从方法的角度出发,介绍了防护层处理,掺杂和共敏化三种方法对量子点敏化太阳能电池性能的提升作用。     

量子点敏化太阳能电池研究进展

量子点敏化太阳能电池(quantum dot-sensitized solar cells,QDSSCs)由于其理论转化效率高(44%)、带隙可调、价格低廉和稳定性好等优点引起了广泛关注。本文就QDSSCs的结构组成、工作原理、量子点(quantum dots,QDs)的合成方法、限制效率的因素以及优化方法等进行了综述,总结了量子点的两种合成方法即原位沉淀法和非原位沉淀法。与此同时,分析了目前影响QDSSCs效率的主要因素,如电子-空穴对的复合、光阳极结构不完善、电解质性能不佳等,最后对如何提高QDSSCs光电转化效率的研究重点和方向进行了展望,指出可通过改性量子点敏化剂、优化光阳极半导体及改善量子点与半导体间的界面特性等方法提高转换效率。     

染料敏化纳米薄膜太阳能电池

本文综述了近几年来染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究进展。简要介绍了染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理,重点介绍了电池各组成部分的最新研究成果及现状,包括纳米薄膜、电解质体系、染料敏化剂、对电极和上转换发光层。其中,电解质体系部分主要介绍了高分子聚合物凝胶电解质和导电高分子聚合物固态电解质的研究进展。最后讨论了当前研究中存在的问题,并提出了提高电池光电转换效率的设想与对策,对未来的发展方向进行了展望。     

量子点敏化太阳电池硫化铜复合对电极的研究进展

基于热载流子和多激子效应的新型低成本量子点敏化太阳电池(QDSSCs)的理论,光电转换效率高达66%。然而,目前QDSSCs的效率普遍维持在5%,远低于理论值。因此,对电极较低的催化活性和导电性是限制QDSSCs性能提升的主要原因。设计构筑具有高催化活性和导电性的新型对电极成为提高QDSSCs效率的关键。从增强对电极的催化活性和导电性的角度出发,分别阐述了5类硫化铜复合对电极与QDSSCs效率之间的影响关系,明确了复合对电极的构筑及性能优化是今后提升QDSSCs效率的一个关键研究方向。     

ZnS对CdS量子点敏化太阳能电池性能的影响

通过静电纺丝技术,制备TiO_2光阳极,在该光阳极上用连续离子吸附与反应法制备CdS/ZnS量子点,并与Pt对电极、多硫化合物电解液组装成量子点敏化太阳能电池(QDSCs)。利用ZnS比CdS导带高的特点,制备CdS/ZnS共敏化量子点。利用X射线衍射对光阳极进行物相分析,扫描电子显微镜和能谱仪进行形貌和元素成分表征,并将组装后的电池通过伏安特性曲线(J-V)进行光电性能分析。结果表明:量子点的引入对TiO_2的晶型影响不大;CdS/ZnS量子点成功的附着在TiO_2光阳极表面;通过比较不同循环沉积次数的CdS与ZnS量子点光阳极的光电性能,先对CdS循环浸泡7次、后对ZnS循环浸泡5次数的量子点,光电性能最优,拥有最高的开路电压(0.87 V)和光电转换效率(1.09%),与单独的CdS量子点敏化太阳能电池相比较,光电转换效率提高了7.56%。     

量子点敏化太阳能电池电解质的研究进展

量子点敏化太阳能电池是兼具低成本和高理论转化效率的第三代太阳能电池。电解质是量子点敏化太阳能电池的重要组成部分,是影响电池的光电转换性能及稳定性的重要因素之一。本文评述了量子点敏化太阳能电池中液态、准固态和固态电解质体系的研究进展,并对电解质的发展前景进行了展望。     

CdS量子点敏化ZnO纳米片的制备与光电性质

采用电化学沉积法在透明导电玻璃(FTO)基底上制备氧化锌(ZnO)纳米片,用KOH溶液刻蚀ZnO纳米片,得到多孔纳米片薄膜,再用化学浴沉积法(CBD)使CdS量子点沉积在ZnO纳米片表面,得Cd S敏化的多孔ZnO纳米片薄膜。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、电化学工作站研究了复合薄膜的晶体结构、形貌和光电性能。结果表明:KOH溶液刻蚀后的多孔ZnO纳米片光阳极的光电化学转换性能比ZnO纳米片有了明显的提高,光电化学转换效率随着刻蚀时间的延长先增大后减小,刻蚀时间30 min时,样品的光电转换效率提高为原来的7.2倍。多孔ZnO纳米片用Cd S量子点敏化后,Cd S量子点可以紧密、均匀地生长在多孔ZnO纳米片表面,并与ZnO纳米片形成异质结,其光电转换效率均有大幅度的提高,刻蚀60 min时的复合薄膜的光电转换效率最高,为1.176%,为量子点敏化太阳能电池的潜在应用提供实验基础。     

ZnS量子点微晶玻璃用于X射线高分辨率成像EI北大核心CSCD

闪烁体是X射线成像技术中的核心器件,它能将吸收的高能射线(X射线或其他高能带电粒子)转化为可见光,已被广泛应用于医疗诊断、辐射剂量测定和安全检查等领域。目前大多数的商用闪烁体为单晶或薄膜材料,不仅制备工艺复杂、生长周期长、成本高,并且辐照稳定性差,成像效果不佳。通过在透明玻璃基体内原位析出Zn S量子点,探索Zn S量子点微晶玻璃(GC)作为一种成本低、耐候性强的闪烁体在X射线间接成像领域的应用。实验结果表明,在X射线辐照下ZnS GC的发射峰位于518 nm,并利用X成像系统对鱼骨骼和芯片进行成像,由于ZnS量子点在玻璃基体中的均匀分布,结果显示图像轮廓清晰、物体内部结构分明,并且成像分辨率达到18.0 lp/mm。此外,在累积剂量高达288 J/kg的情况下,损坏的ZnS GC闪烁体可通过简单的热处理完全恢复成像性能。ZnS GC作为闪烁体在高分辨X射线成像领域表现出广泛的应用前景。     

量子点敏化太阳能电池FTO/CoS/CuS对电极的制备与性能

采用恒电位电沉积法在FTO(fluorine-doped tin oxide)导电玻璃表面依次沉积CoS和CuS,形成FTO/CoS/CuS复合对电极,并用于量子点敏化太阳能电池。确定了电沉积电位和电沉积时间,并考察了电沉积温度对电极形貌及电催化活性的影响。采用SEM和TEM对电极的表面形貌和微观结构进行表征;采用紫外可见分光光度计对电极的光反射性能进行测试;通过测试交流阻抗、Tafel极化曲线、J-V曲线及IPCE谱图对电极的电化学性能进行表征。结果表明,FTO/CoS/CuS对电极具有更高的光反射率及电催化活性。与Au片、FTO/CoS和FTO/CuS对电极相比,光电转化效率分别提高了118.3%、48.8%、26.8%。     

染料敏化太阳能电池及敏化剂研究进展

随着太阳能利用技术的飞速发展,染料敏化太阳能电池的研究也取得了长足的进步.在对染料敏化太阳能电池结构分析和机理描述的基础上,对高性能染料敏化太阳能电池的光敏剂结构、光阳极组成、电解质成分以及对电极材料等的要求进行了探讨.同时,阐述了染料敏化太阳能电池常用表征参数,短路电流和开路电压越大,转化效率越高,电池性能越好.重点...     

以ZIF-8为前驱体制备ZnO-TiO2复合材料及其敏化太阳能电池性能的研究

通过硝酸锌与2-甲基咪唑反应制备沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8),利用钛酸正四丁酯在ZIF-8表面水解得到ZIF/TiO2复合材料。在空气气氛中于不同温度条件下对ZIF/TiO2复合材料进行热处理得到不同的ZnO/TiO2复合材料,并应用于DSSC的光阳极,测试电池的光电流-光电压特征曲线,对测试结果进行分析。结果表明:不同ZnO/TiO2复合材料为光阳极材料制备的DSSC,光电转换效率与直接热处理制备的ZnO单相材料相比有了显著提高,其中热处理温度为600℃时,材料具备最高的光电转换效率,为3.69%,比直接热处理制备的ZnO单相材料0.78%的光电转换效率提高了373%,说明加入TiO2制备复合材料可以大幅度提高ZnO基DSSC的光电性能。     

制备方法对量子点敏化太阳能电池CuS纳米晶对电极微观结构和性能的影响

采用溶剂热法和原位法制备了两种具有不同形貌CuS对电极,并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSC)中。结果表明:在原位法制备的CuS对电极中,由尺寸在20 nm左右的CuS纳米颗粒团聚成较大的不规则颗粒;在水热法制备的CuS对电极中,其微观结构为纳米棒和纳米片组成的复合结构。与Pt对电极相比,两种CuS对电极的电学性能均优于Pt对电极:原位法制备的CuS对电极的光电转换效率最大,为1.840%,界面传荷电阻Rct为3.346Ω;溶剂热法制备的CuS对电极的光电转换效率为1.450%,界面传荷电阻Rct为2.609Ω,Pt对电极的光电转换效率为0.940%,传荷电阻Rct为11.680Ω。     

ZnO材料的制备及其在染料敏化电池上的应用研究

分别以不同质量的生物分子牛血清蛋白为模板剂,制备了不同大小粒径的ZnO半导体材料,并将其用作染料敏化太阳能电池的光阳极材料。结果发现,大颗粒(粒径为600 nm)的光电效率为0.473%,低于小颗粒(粒径为100 nm)的0.645%的光电效率。研究发现,粒径大小对ZnO染料敏化电池的短路电流密度有较大的影响,粒径越大,短路电流密度越小。随着牛血清蛋白量的增加,ZnO纳米粒子的粒径逐渐增大,短路电流密度依次减小。当牛血清蛋白加入量为0.05 g时,ZnO基DSSC的光电转换效率最高。     

量子点敏化太阳电池Cu2S对电极研究进展

对电极是量子点敏化太阳能电池(QDSCs)的重要组成部分,改进对电极是提高QDSCs稳定性,光电转换效率的有效手段之一。本文主要介绍了Cu2S对电极的制备工艺及其存在的优缺点,讨论了Cu2S对电极的在QDSCs应用中的优越性和存在的问题,指出了以Cu2S为对电极是提高QDSCs稳定性和光电转换效率的重要途径。     

浆料组成对纳米TiO2染料敏化太阳能电池性能的影响

为提高TiO₂光阳极染料吸附量和染料敏化太阳电池(DSSC)的光电转换效率。在制备TiO₂浆料过程中,加入不同量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、乙酰丙酮、聚乙二醇(PEG 20000),经机械搅拌得到TiO₂浆料,采用旋涂法在基底上制备多孔TiO₂薄膜阳极,组装成染料敏化太阳电池。采用紫外-可见分光光度计、太阳光模拟器及2400型数字源表测试其紫外可见光吸收光谱以及光电转换效率。利用正交实验探讨了浆料中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、乙酰丙酮和聚乙二醇(PEG20000)对浆料吸光度及DSSC光电性能的影响。研究结果表明,DSSC光电转化效率最佳的配方为：CTAC:0.6 g,乙酰丙酮：1.2 mL,PVP:0.6 g,PEG 20000:1 g,效率(η)达到4.20%。染料吸附量最佳的配方为：CTAC:0.4 g,乙酰丙酮：1.2 mL,PVP:0.6 g,PEG 20000:1.5 g,吸光度为0.386。由此制得的TiO_2<...     

量子点敏化太阳电池敏化剂的研究

量子点(QDs)的结构和组成决定了量子点敏化太阳电池(QDSSCs)光生电荷的产生、分离、传输及其光电转换效率。本文综述了近年来不同结构和组成的QDs作为敏化剂对QDSSCs效率的影响。     

透明Cu2S@氮掺杂碳纳米片用于双面量子点敏化太阳能电池对电极的性能

采用液相外延生长法制备了一种由铜和四羧基卟啉配位的金属–有机框架薄膜材料,以其为牺牲模板,原位合成了Cu₂S和氮掺杂碳的复合透明膜(Cu₂S@NCF),将其直接作双面CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池(QDSSC)对电极,并对其进行了结构、形貌及性能研究。结果表明:Cu-(5,10,15,20-(4-羧基苯基)卟啉)(TCPP)薄膜在煅烧过程中,Cu原子在硫粉存在下转变成了Cu₂S纳米颗粒,而含氮的有机连接单元TCPP原位碳化成了氮掺杂的碳。Cu₂S@NCF保持了Cu-TCPP薄膜的纳米片形貌,且大量尺寸均一的Cu₂S小颗粒分布于纳米片上,以其作对电极所组装的CdS/CdSe QDSSC具有优异的光伏性能,从正面辐射和背面辐射分别获得了4.16%和3.72%的光电转化效率(η),高于Pt电极组装QDSSC的η(2.39%和1.73%)。通过对循环伏安曲线、电化学阻抗谱和Tafel极化曲线分析可知,Cu₂S@NCF对S_n^2–...     

方酸染料在染料敏化太阳能电池及氰离子检测中的应用研究

染料敏化纳米晶二氧化钛太阳能电池制备简单、成本低、光电转换效率高，已成为当前光电转换器件研究的热点之一．但目前还有许多制约染料敏化太阳能电池光电转换效率的问题有待解决．基于目前染料敏化太阳能电池在长波区采光不足的问题，本论文深入研究了在红光区域具有强吸光能力的方酸类染料在染料敏化太阳能电池中的应用，重点考察了方酸染料的结构对其光电转换性质的影响，并开辟了一种协同敏化新技术，还利用方酸染料的β-环糊精包合物实现了水溶液中氰根离子的高选择性检测．具体研究结果如下：