染料敏化太阳能电池及TiO2基光阳极的研究进展

随着人们对于能源需求量的增加,染料敏化太阳能电池作为一种清洁的能量收集装置得到广泛研究。染料敏化太阳能电池是通过染料来获得光电子,利用自身的氧化还原产生电流,但由于光阳极材料的比表面积和电子传输速率提升困难等因素,在实际应用中受到限制。总结了染料敏化太阳能电池的结构和工作原理和研究进展,对它们的优缺点进行分析,提出染料敏化太阳能电池发展中存在的问题和挑战,并对染料敏化太阳能电池光阳极的趋势进行了展望。     

染料敏化太阳能电池TiO2光阳极的最新研究进展

纳米TiO_2是目前性能最为优良的染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极材料。结合近年来太阳能电池中TiO_2光阳极的研究进展,简述了TiO_2光阳极的制备方法,详细论述了其结构和材料方面(离子/元素掺杂、复合材料和表面处理)的优化及其敏化,并对其发展及应用前景进行了展望。     

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%。     

ZnO调制改性染料敏化太阳能电池TiO2光阳极研究

采用丝网印刷的方式制备了染料敏化太阳能电池的TiO2薄膜光阳极、TiO2-ZnO复合薄膜光阳极以及TiO2/ZnO双层薄膜光阳极,研究了ZnO对TiO2薄膜光阳极的调制改性作用。研究结果表明分别以醋酸锌和ZnO直接掺杂制备的TiO2-ZnO复合薄膜光阳极同未掺杂的TiO2薄膜光阳极相比,以醋酸锌为原料制备的复合薄膜光阳极使电池转换效率提高了1倍,而由于微米量级的ZnO的粒径大,用其作原料制得的复合薄膜光阳极反而使电池的转换效率有所降低。以醋酸锌为原料制备的TiO2/ZnO双层薄膜光阳极同TiO2薄膜光阳极相比,电池转换效率提高了13倍,通过性能优化后电池的转换效率达到4.7%。     

染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的界面电荷复合

染料敏化的纳米晶TiO2太阳能电池(DSSC)作为传统硅太阳能电池的一种可行的替代品近年来引起了广泛关注,但是受制于TiO2/染料/电解液界面的电荷复合,开路电压V∞未能得到有效改善,进而影响了DSSC的性能.介绍了DSSC的工作原理.详细阐述了DSSC中TiO2/染料/电解液界面电荷的复合机理,并介绍了目前国内外在抑制DSSC界面电荷复合,提高V∞及光电转换效率η方面的研究动向.     

TiO2空心球制备及在染料敏化太阳能电池和锂离子电池中应用的研究进展

空心球结构的半导体氧化物具有密度低、比表面积大、机械和热稳定性好等优点。空心球结构对TiO_2纳米材料的电化学性能有着显著的优化作用,TiO_2空心球作为一种重要的半导体氧化物具有良好的物理和化学性质,在多种领域均表现出潜在的应用价值,制备大小和壳层数均可控的半导体TiO_2空心球已引起了研究者的广泛关注。主要综述了在硬模板、软模板和无模板条件下TiO_2空心球的制备方法;同时还介绍了其在染料敏化太阳能电池和锂离子电池方面的最新研究进展;最后,对TiO_2空心球的可控合成前景进行了展望。     

量子点敏化太阳能电池TiO2光阳极研究进展

不同结构的TiO_2光阳极对量子点敏化太阳能电池(QDSCs)性能有着重要影响,通过构筑不同纳米结构的TiO_2光阳极,能够有效提升电池性能。介绍了QDSCs的结构和基本原理,重点综述了不同结构的TiO_2光阳极,如零维(0-D)纳米结构、1-D纳米结构、2-D纳米结构及其它复合纳米结构在QDSCs中的应用现状和发展趋势,同时讨论了不同结构TiO_2光阳极的优缺点。最后,指出了可能提升QDSCs效率的有效途径。     

染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池研究进展

介绍了染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的结构及其原理，对影响其光电转换效率的关键因素如纳米TiO2膜、敏化染料、电解质做了介绍。对各组成部分的研究现状做了综述，探讨了研究的主要方向，并对各项研究的意义及基本原理作了评述，对今年DYSC所面临的问题以及工业化的前景做了展望。此外论述了现代分析技术对DYSC电池研究的重要意义。对于DYSC的研究，染料是最重要的方面,TiO2膜的进一步优化对DYSC电池的整体性能的提高有重要的意义；固体电解质的使用是必然的趋势，是工业化的前提。     

TiO2染料敏化薄膜的制备与结构表征

采用溶胶-凝胶法添加聚乙二醇表面活性剂制备了TiO2纳米粒子,采用滚压涂敷法在玻璃基底上制得TiO2纳米多孔薄膜,采用吸附法对多孔薄膜表面进行染料敏化处理.染料敏化处理前后,薄膜的微结构没有改变,但薄膜表面的成分发生了改变.对薄膜进行了XPS,AFM,SEM和XRD分析.结果表明,TiO2纳米晶薄膜中纳米粒子晶型为锐钛矿,薄膜具有网络多孔结构,TiO2粒子的粒径在20～30nm间,薄膜中空穴的孔径在50～150nm不等,未敏化处理的薄膜空隙中吸附了大量的氧,薄膜敏化处理后,表面的吸附氧被敏化剂分子中的氧取代,染料敏化剂分子通过化学吸附在薄膜表面.     

玻璃基底TiO2纳米管阵列的制备及其光电性能研究

提高二氧化钛纳米管阵列电极的机械稳定性,改善电极的透光性能,有助于提高其光电催化性能,拓展电极的应用范围.通过室温射频溅射方法在玻璃基底上溅射一层金属钛膜,然后在含0.5%HF的电解液,10V阳极氧化电压下进行阳极氧化,得到玻璃基TiO2纳米管阵列电极.扫描电子显微镜和X射线衍射分析表明,玻璃基表面形成了孔径为20～30nm,管长约130nm排列有序的锐钛矿型TiO2纳米管阵列.光电性能测试表明,玻璃基TiO2纳米管阵列与金属钛基TiO2纳米管阵列表现出相似的光电催化性能,明显优于磁控溅射制备的TiO2薄膜.     

性能增强的双层TiO2复合膜染料敏化太阳能电池

采用水热法制备了一维TiO₂纳米棒阵列、二维TiO₂纳米片和三维TiO₂微球。将TiO₂纳米棒阵列/纳米片-微球双层薄膜应用于染料敏化太阳能电池(DSSC), 研究了TiO₂纳米片与微球的质量比对电池光电性能的影响。采用场发射扫描电镜、氮气吸附脱附等温线、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱和电化学阻抗谱对样品进行了表征。研究表明, 纳米片与微球的质量比显著影响膜电极的光学和电学特性, 以及电池的光电性能。含50wt% TiO₂纳米片膜电极具有最高的染料吸附量、最强的光吸收、最小的传输电阻和最低的荧光强度。含25wt%、50wt%、75wt%和100wt%纳米片的DSSC的效率分别为1.46%、1.71%、1.26%和1.13%。含50wt% 纳米片的电池具有最优的性能, 这是因为该组分电极具有较好的光吸收特性、较小的载流子复合速率以及较快的电子传输。     

染料敏化TiO2太阳能电池的研究进展

介绍染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的结构及其原理,对影响其光电转换效率的关键因素,如纳米TiO2膜、敏化染料、电解质等做了探讨。同时,对有机太阳能电池所面临的问题进行讨论,并提出今后的研究方向。     

有机染料敏化TiO2纳米晶多孔膜液体太阳能电池研究进展

对染料敏化TiO2纳米晶多孔膜太阳能电池的结构及原理进行了简单介绍,主要从TiO2薄膜、染料敏化剂和支持电解质3个方面提出了提高液态电池效率的途径.在此基础上,提出设计合理、有效光、热转化器是实现太阳能量最大利用的观点.     

电解液对TiO_2薄膜电极光电化学性能的影响

本文先用直流磁控溅射法分别在ITO导电玻璃基底上沉积TiO2和TiN二种纳米薄膜,再在500℃的马弗炉氧化性气氛下进行退火处理,制得TiO2/ITO和TiO2-xNx/ITO薄膜电极。样品的结构和成分用XRD和XPS进行表征。然后分别采用pH=10的Na2CO3/NaHCO3缓冲溶液和1M KOH水溶液作为电解液,在三电极体系中用线性扫描伏安法（LSV）和电流时间曲线（i-t）法测定二种薄膜电极在光照和暗态下的光电化学性能。研究结果表明：以1M KOH水溶液作为电解液比pH=10的Na2CO3/NaHCO3缓冲溶液作为电解液更有利于样品发挥其光催化活性;同时,TiO2-xNx/ITO薄膜电极比TiO2/ITO具有更好的光电化学性能。     

纳米TiO2多孔膜的微结构对染料敏化纳米晶太阳能电池性能的影响

介绍了TiO2多孔膜的微结构对薄膜电极染料吸附量、薄膜电极采光效率、界面电子复合及电子输运的影响,对微结构中各因素与三者的关系进行了详细的分析讨论,并论述了当前研究中存在的问题及发展趋势.     

基于介孔TiO2/石墨烯修饰的TiO2纳米线光阳极的染料敏化太阳能电池

本工作制作了基于介孔TiO₂/石墨烯修饰的TiO₂纳米线光阳极的染料敏化太阳能电池,并进行表征。光阳极结合了介孔TiO₂的高染料吸附率,TiO₂纳米线的高载流子传导率和石墨烯的高电子收获能力等优点,使器件光电转换效率有了很大的提高。制作出的染料敏化太阳能电池光电转换效率高达7.58%,比纯纳米线制作的电池约提高了1.5倍,在拥有相似一维结构的染料敏化太阳能电池中具有较大优势。     

锂掺杂二氧化钛致密层对染料敏化太阳电池性能的影响

利用脉冲激光沉积(PLD), 在纳米多孔二氧化钛层(np-TiO₂)与透明导电玻璃之间分别沉积了二氧化钛致密层(d-TiO₂)和掺锂二氧化钛致密层(d-Li-TiO₂), XRD衍射结果显示该致密层具有锐钛矿结构. 电池开路电压随时间的衰减实验结果表明, 该结构可以有效减慢开路电压的衰减, 抑制透明导电玻璃上的电子向电解质逆向传输并进行电子复合的几率; 同时, 掺入锂后, 致密TiO₂层(d-TiO₂)能带宽度变窄, 降低了np-TiO₂层与透明导电玻璃之间的界面电阻, 使得np-TiO₂层导带上的光生电子更容易地向透明导电玻璃传输, 进而使得具有d-Li-TiO₂层的染料敏化太阳电池比无致密层的染料敏化太阳电池光电转换效率提高了42%.     

ZnO/TiO2复合材料在染敏太阳能电池中的应用研究进展

ZnO/TiO2复合材料综合了TiO2光电转换效率较高和ZnO易于空间定向生长、形貌丰富、能量损耗较少等优点,可有效减少由于电子复合而产生的能量损耗,拓宽光吸收波长,增加光电子的利用率,并进一步提高染料敏化太阳能电池的光伏特性。系统介绍了ZnO/TiO2复合材料的导电原理,综述了近年来国内外关于ZnO/TiO2复合材料应用于染料敏化太阳能电池光阳极的研究进展,并分析了该材料研究的发展方向。     

TiO2-H2O纳米流体流变特性的实验研究

测量了不同体积浓度的TiO2-H2O纳米流体在不同温度下的粘度,结果表明,TiO2-H2O纳米流体的粘度显著大于未添加纳米粒子的纯水的粘度值,并且粘度随体积浓度的增大急剧增大,随温度的升高而急剧减小.流变特性表明,在所配制的体积浓度内,TiO2-H2O纳米流体是一种典型的牛顿型流体.     

吩噻嗪基染料的结构改性及光伏性能

通过在吩噻嗪类基础染料PTZ-2的D单元上引入N-苯基吩噻嗪单元,构成D-D-π-A型染料分子PTZ-3。相比PTZ-2染料,PTZ-3染料的吸收光谱有所拓宽,其给电子性能也略有提升。通过DSSC器件光伏性能测试,PTZ-3的光电转换效率为5.5%,高于PTZ-2的4.9%。这一切都归因于N-苯基吩噻嗪单元的引入增强了光捕获性能与量子转换效率,同时末端的刚性结构在一定程度上起到了抑制暗电流的作用。