纳米晶TiO_2工作电极厚度对染料敏化太阳能电池性能的影响

喷涂法是制备二氧化钛(TiO_2)薄膜的常用方法之一。通过控制喷涂时间制备不同厚度纳米晶TiO_2薄膜,将其作为染料敏化电池(DSSCs)光阳极进行电池组装。通过测定光电转化效率IPCE、I-V曲线等电池性能指标探究不同厚度纳米晶TiO_2薄膜对DSSCs性能影响,结果发现,纳米晶TiO_2薄膜厚度增加有利于提高DSSCs短路电流;DSSCs光电转换效率η呈现先增加后减少的趋势,当喷涂时间从2min增加到6min,由2.68%升高至4.48%,提高了66.76%;当喷涂时间由8min增加至12min,转换效率出现略微下降,上述工作的开展对于优化DSSCs的性能具有一定的现实意义。     

上转换发光材料La(OH)3∶Er3+/Yb3+的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

针对N719染料仅可吸收可见光这一局限,本研究旨在通过引入上转换发光材料并将其应用于染料敏化太阳能电池的光阳极来拓宽光谱吸收范围,提高光的捕获率,进而达到提高电池光电转换效率的目的。首先,采用水热合成法以不同pH值的先驱体溶液,成功制备了Yb~(3+)/Er~(3+)双掺杂La(OH)_3粉末,然后将适量合成的稀土发光粉掺入TiO_2纳米浆料中,采用刮涂法成膜制备光阳极,并将其组装成染料敏化太阳能电池。研究结果表明,稀土发光粉的加入拓宽了光谱吸收范围,在其掺杂量达到3%时,电池的短路电流密度Jsc提高到17.72mA·cm-2,最终获得了8.3%的光电转换效率。     

微孔结构TiO2薄膜在准固态染料敏化太阳电池上的应用

采用200 nm聚苯乙烯(PS)造孔可以改善TiO2半导体薄膜的散射光性能,提高了准固态染料敏化太阳电池的光电性能。用10%聚苯乙烯造孔制备TiO2半导体组装的染料敏化太阳电池,在100 mW/cm2光强下电池光电转换效率达到2.94%,与不含造孔剂电池相比,光电转换效率提高52%。薄膜光学性能和入射单色光子–电子转化效率(IPCE)研究表明,电池光电性能的提高与薄膜的光散射改善和电池中染料的光捕获效率增大密切相关。     

石墨烯/TiO2复合光阳极的制备及对染料敏化太阳能电池的影响

采用手术刀刮涂方式制备了不同质量比的片状石墨烯/TiO_2复合电极,研究了石墨烯的加入对染料敏化太阳能电池性能的影响。结果表明,石墨烯复合电极能有效抑制电子与氧化态染料分子及电解质中氧化还原点对的复合,降低电池的暗电流,提高电子的传输与收集效率,进而提高电池的性能。当石墨烯与纳米TiO_2颗粒的质量比为0.6%时电池性能达到最佳,较之单一TiO_2电极,短路电流密度为9.19mA·cm-2,提高了47.28%,光电转化效率为4.79%,提高了52.20%。     

化学法制备TiO_2致密层用于染料敏化太阳能电池

该文采用简单的化学合成法制备了透明的TiO_2分散液,通过调节分散液的浓度涂覆制备出不同厚度的TiO_2致密层薄膜。以致密层为基底组装染料敏化太阳能电池,发现加入致密层可以提高电池的短路电流值,以该方法制备的TiO_2致密层的最佳厚度为120 nm,最佳的光电转化效率为7.05%,与未加致密层的电池光电转换效率相比,其光电转换效率明显提升。     

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%。     

基于Pechini溶胶–凝胶法的染料敏化太阳能电池的优化

采用Pechini溶胶–凝胶法一步反应工艺制备功能型的TiO_2薄膜,基于界面电荷复合效应探讨Pechini型TiO_2膜厚对电池光电性能的影响机制,并通过膜厚调控对电池性能进行优化。采用UV-Vis、电化学阻抗谱以及暗态I-V测试,系统研究了TiO_2膜厚对染料吸附量、界面电子复合过程以及电池光电性能的影响规律。结果表明,随着TiO_2膜厚增加,染料吸附量增加引起电池光捕获效率和光电流增加;同时,TiO_2膜中的电子寿命缩短,TiO_2/电解质界面的电子复合几率增大导致电池光电压下降。上述综合作用使得电池效率先增加后减小,并在膜厚为10.7μm时,光电转化效率达到最佳值7.75%(相同工艺条件下常规方法为6.56%)。     

H_3PW_(12)O_(40)对TiO_2纳米管光伏效应影响的研究

将H_3PW_(12)O_(40)(PW_(12))用电沉积法沉积在TiO_2纳米管薄膜上,得到PW_(12)-TiO_2纳米管复合薄膜,再将PW_(12)-TiO_2纳米管复合薄膜组装成光伏电池,测定其光电转换效率。结果表明:用PW_(12)修饰的TiO_2纳米管薄膜的光电转换效率达到3.62%,是未修饰TiO_2纳米管薄膜(0.36%)的10倍左右,说明在TiO_2纳米管薄膜光电转换时PW_(12)能有效地抑制光生电子-空穴的复合,起到了储存和转移电子的作用,从而极大地提高了TiO_2纳米管薄膜的光电转换效率。     

染料敏化乙炔黑-TiO_2复合多孔薄膜电极电性能研究

以P25为原料制备乙炔黑掺杂TiO2纳米粉体浆料,旋涂法制得乙炔黑-TiO2复合多孔薄膜,用染料N719和天然桑葚色素(MBY)敏化薄膜,组装成染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)。借助电化学分析仪对电池进行测试表征。结果表明,乙炔黑的掺入降低了多孔薄膜电极的电荷传递电阻,从而加快了光电子的传递速率;两种敏化条件下,当乙炔黑掺杂量分别为0.15%和0.20%(质量分数)时,电池具有最大的光电转换效率,分别为0.30%和0.40%。电极中乙炔黑的含量过多时,过量的乙炔黑对光的竞争吸收作用降低了电池的光电子产率,引起了光电转换效率的下降。     

染料敏化太阳能电池双层结构光阳极研究进展

染料敏化太阳能电池(DSSCs)因为其制备工艺简单、实用化前景好、成本低、转换效率高等优点而受到广泛关注。简要介绍了染料敏化太阳能电池结构和工作原理,并从电解质、染料敏化剂、对电极和光阳极等方面综述了其各组成部分的研究现状。重点以TiO_2/CeO_2复合光阳极为例,阐述了染料敏化太阳能电池光阳极薄膜材料的发展历程,总结了双层结构薄膜材料的光散射效应、上转换性质、比表面积、光响应能力以及电子传输性能对整个电池性能优化的影响,并对未来染料敏化太阳能电池研究方向和前景进行了展望。     

染料敏化太阳电池中铂金对电极的制备及性能之比较

分别采用了3种不同的方法制备了用于染料敏化TiO2太阳电池的铂金对电极，并分别以此3种铂金对电极组装染料敏化太阳电池，对比、分析和探讨了它们对光电转化性能的影响。结果表明：采用纳米粒子电沉积法与电化学电镀法制备的铂金对电极，具有较高的催化活性，以这两种方法制备的铂金对电极组装的DSSCs获得较好的光电转化性能，电池的光电转化效率分别为6．40％和6．63％，且采用纳米粒子电沉积法制备的铂金对电极铂金含量较低；而采用热分解法制备的铂金对电极来组装的DSSCs获得的光电性能相对较低，电池效率为5．58％。     

基于高长径比TiO_2纳米线的染料敏化太阳能电池光阳极的制备

采用搅拌水热法制备超长可弯曲的TiO_2纳米线,探索搅拌水热工艺对TiO_2纳米线结构和形貌的影响规律。在此基础上,构筑TiO_2纳米线/TiO_2纳米颗粒复合光阳极,研究了TiO_2纳米线含量对DSSC光电性能的影响。结果发现:当搅拌速率为800 r·min~(-1)时,反应24 h可得到高长径比的TiO_2纳米线。基于TiO_2纳米线优异的电子传输性能和散射效应,复合光阳极DSSC电池性能得到较大提升:当TiO_2纳米线的含量从0%增加到20%时,传输电阻R_t由5.98Ω·cm~2减小为3.79Ω·cm~2,电子扩散长度L_e从22.66μm增加到45.98μm,电池转换效率升高到5.26%,提高了22.9%。而随纳米线含量继续增加,低染料吸附量导致电流和光电转换效率降低。     

黑枸杞与石墨烯纳米片在染料敏化太阳能电池中的应用

从高原黑枸杞中提取染料, 利用紫外-可见吸收光谱和循环伏安方法研究不同pH染料的光电化学性能, 确定染料最佳pH。以石墨烯为原料制备不同含量乙基纤维素(EC)的石墨烯纳米片(GNs)对电极, 用电化学阻抗、循环伏安、塔菲尔极化曲线研究不同EC含量对GNs对电极电催化性能的影响。以最佳pH染料为光敏剂, 不同含量EC的GNs为对电极组装染料敏化太阳能电池在模拟太阳光下测试光电转换效率。结果表明, EC含量为10wt%时, GNs对电极有良好的电催化性。光电测试EC含量为10wt%的GNs对电极光电转换效率为0.92%, 接近Pt对电极(0.99%)。     

稀土上下转换材料在染料敏化太阳能电池中的应用

染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为硅太阳能电池的替代者引起了广大科研工作者的密切关注,然而由于DSSCs最大的太阳光吸收波长在可见光区域,限制了其光电转换效率。稀土上下转换材料通过将紫外或近红外光转换成电池可利用的可见光,应用到DSSCs中有效弥补DSSCs光吸收不足,同时还具有光散射作用、有效减小电子复合损失,提高电池稳定性。阐述了稀土对光上下转换机理,详述了近几年稀土上下转换材料在染料敏化太阳能电池中应用的研究进展。     

稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的研究进展

染料敏化太阳能电池(DSSCs)由于工艺简单、价格便宜、转换效率高等优点而备受关注.其中起负载敏化剂以及收集和传输电子作用的光阳极是关系到电池性能的重要部件.介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理,综述了优化染料敏化太阳能电池结构的研究现状;重点阐述了稀土发光材料改性二氧化钛提高光电转换效率的研究进展;指出稀土发光材料改性二氧化钛光阳极是提高染料电池光电转换效率的有效途径,也是未来的主要发展方向.     

染料敏化太阳电池CuAl2O4/TiO2光阳极制备及性能

采用柠檬酸法制备了尖晶石型纳米晶CuAl2O4,将其添加到P25(degussa,TiO2)中,制备成CuAl2O4/TiO2薄膜光阳极,并组装成染料敏化太阳电池(DSSC),对其光电性能进行表征。结果表明:CuAl2O4的加入,电池性能得到提高;当CuAl2O4含量为2%(质量分数)时,与纯TiO2薄膜光阳极相比,光电转化效率提高了39.1%。     

Ho~(3+)上转换发光在染料敏化太阳能电池中的应用

以水热和高温煅烧相结合的方法制备了掺Ho3+的TiO2上转换发光层,并将其组装在染料敏化太阳能电池中.通过XRD、荧光光谱仪、UV-vis和电池的光电性能测试,来分析上转换发光层的发光机理及其加入后对染料敏化太阳能电池性能的影响.结果表明,上转换发光层的引入有效地提高了DSSC的光电性能,在80mW/cm2红外光照射下最高光电转换效率达到了0.12‰,比未加上转换发光层的DSSC提高了360%.     

金红石型TiO2纳米棒的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用

采用十二烷基苯磺酸钠表面活性剂(DBS)辅助水热法合成TiO2纳米材料,XRD和TEM测试表明,不含DBS的TiO2溶胶水热处理后得到10~20nm锐钛矿型TiO2纳米颗粒;添加DBS后,生成了金红石型TiO2纳米棒.虽然金红石型TiO2纳米棒光电极的染料吸附性能和光电性能均不如锐钛矿型TiO2纳米颗粒光电极,但金红石型TiO2纳米棒漫反射性能较高.可用其制备具有光电转换性能的反射层,这种新型反射层使染料敏化太阳能电池光电转换效率提高了26.14%,而含Ti-nanoxide 300大颗粒TiO2构成的反射层仅能使电池光电转换效率提高11.04%.这种差异的根源在于金红石型TiO2纳米棒不仅具有散射光能力,其本身还可吸附染料进行光电转换.随着反射层厚度的增加,电池短路电流逐步提高.而不吸附染料且无光电转换能力的Ti-nanoxide 300传统反射层则没有这种功能.     

MEVVA离子注入铁镍银对DSSCs光电性能的影响

利用MEVVA技术分别将金属Fe、Ni、Ag离子注入进DSSCs结构中作为电荷传输层的TiO_2膜,表征了各金属离子注入后TiO_2膜表面形貌及晶相结构,研究了DSSCs注入前后光电性能及电池内部界面的电荷传输变化。能带理论分析显示,金属离子注入后,TiO_2能带结构发生变化,并在其禁带中引入了杂质能级,不仅优化了TiO_2导带与染料LUMO能级匹配度,而且杂质能级为电荷的传输提供了额外传输"通道",从而降低了电荷传输过程中的复合率。DSSCs光电性能测试结果显示,与未注入的DSSCs相比,Fe、Ni、Ag离子注入DSSCs的光电转化率分别提高了13.6%、12.7%、34.2%。     

微波还原法制备石墨烯及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

采用改良Hummers法和微波还原法制备石墨烯,通过XRD、FT-IR探究不同微波还原时间对石墨烯结构的影响。将经不同微波还原时间所得的石墨烯应用在染料敏化太阳能电池的对电极中,通过伏安曲线、电化学阻抗谱分析其性能。结果表明,随着微波还原时间的延长,石墨烯还原程度逐渐增加。在模拟太阳能光源(AM 1.5)下,以微波还原时间为90min的石墨烯作对电极而组装得到的染料敏化太阳能电池的内阻最小(24Ω),性能最佳。其短路电流、填充因子及光电转换效率分别为2.75(mA/cm~2)、14%和0.174%。