染料敏化太阳能电池纳晶TiO2多孔薄膜研究进展

染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种非常有前途的清洁太阳能光电转化装置.其中,光阳极是DSC的工作电极,起着吸附染料分子、接收和传输电子的作用.阳极的微结构(孔径、孔隙率、粗糙因子)和组成对于提高电池的光电催化、转化效率具有决定作用.主要综述了染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极的制备、改性方法以及添加剂对纳晶TiO2多...     

基于多功能层TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能?

利用粒径为20和200nm TiO2在导电玻璃表面制备光阳极的光透明层薄膜、混合层薄膜以及散射层薄膜,通过有效地调整3种薄膜结构进而制备了染料敏化太阳能电池.研究表明,多功能层TiO2膜结构大幅度地提升了光电流,而且电子在多功能层TiO2膜内的界面传输阻抗较低.将3种薄膜有效结合并控制其厚度,可以有效地提高染料敏化太阳能电池的性能,在AM1.5,光强度为100 mW·cm-2的条件下,染料敏化太阳能电池光电转化效率可以提升至5.29%,电流密度达到11.7mA·cm-2.     

光阳极结构对染料敏化太阳能电池性能的影响

染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池,通常用钛片做光阳极。用钛网代替钛片制备光阳极可组装成一种新型结构的染料敏化太阳能电池。采用电化学阳极氧化法,在磁力搅拌质量分数025%NH4F+体积分数225%H2O+乙二醇电解液作用下,在钛网和钛片表面制备TiO2纳米管阵列。其中,一组阳极氧化后的试样在具有微米颗粒的溶液中超声震荡。将制得的试样做光阳极组装染料敏化太阳能电池,并测试电池性能。用扫描电镜观察TiO2纳米管阵列。研究结果表明:阳极氧化所制备的TiO2纳米管阵列表面有覆盖层,超声处理可移去覆盖层,试样表面露出高度有序的纳米管阵列便于N719染料的灌入,而有效地提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率。钛网光阳极组装的染料敏化太阳能电池比相同条件下钛片组装的电池,光电转换效率提高了74倍。     

TiO2纳米线的制备及在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热法制备锐钛矿TiO2纳米线(TNWs),用X射线衍射和扫描电子显微镜对TNWs的形貌及其成分进行表征.将制备好的TNWs与TiO2混合,以乙醇、水作为分散剂制备稳定均一的TiO2胶体.采用刮涂法在ITO/PEN衬底上低温制备了柔性光阳极和染料敏化太阳能电池(DSSC),对其进行形貌及光电性能等表征和测试,分析TNWs的量对电池性能的影响.结果表明,加入TNWs可达到增加电子传导从而提高电池效率的目的.经优化发现,掺入质量分数为5.0%的TNWs时,电池的性能最好,所组装的柔性DSSC在100mW/cm2模拟太阳光照下,光电转换效率达2.59%.     

TiCl4处理和添加MgO对染料敏化太阳能电池性能的影响

利用TiCl4溶液对染料敏化太阳能电池(DSSC)阳极膜中导电基体和TiO2膜进行处理并研究了其对DSSC性能的影响.先用0.15mol/L TiCl4溶液处理ITO导电玻璃,涂膜后再用0.05mol/L的TiCl4水溶液处理TiO2膜以及在胶体中加入少量MgO,制备出光电转换效率高达8.47%的高效DSSC,而未经过任何处理的DSSC光电转换效率仅为5.75%,经过处理后的DSSC效率提高了47%.     

静电雾化技术制备大面积染料敏化太阳能电池

目的验证以静电雾化技术自动控制加工制备大面积染料敏化太阳能电池(DSSC)的可行性和优势,为大面积DSSC向工业化生产转化提供借鉴和参考.方法采用静电雾化喷射沉积的原理和技术,将其与计算机控制的精密定位装置和导轨相结合组装成自动加工平台,用以制备大面积DSSC的TiO2光阳极薄膜.结果通过扫描电子显微镜的观察表明利用静电雾化喷镀自动加工制备的TiO2薄膜表面均匀,颗粒之间结合紧密,TiO2纳米粒子相互连接构成二维网状、多微孔的结构,有利于提高光阳极对光子的捕获效率.实测数据表明组装成的并联结构大面积DSSC可获得4.21%的光电转换效率.结论利用静电雾化喷射沉积技术与计算机程序控制相结合构建成的自动加工装置制备大面积DSSC是可行的,从工艺上实现了大面积TiO2光阳极薄膜的高效率高质量自动喷涂加工.     

TiO2双层薄膜电极与背反射共构DSSC制备及表征

提出并设计制备了一种新型的染料敏化太阳能电池(DSSC)的结构.该结构是在DSSC的光阳极上通过丝网印刷技术制备由尺寸不同的纳晶粒子构成的双层纳米晶TiO2薄膜,并在DSSC对电极的背面置放一层镀银反光膜.采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线电子衍射仪(XRD)等手段分析了双层纳米晶TiO2薄膜的结构和形貌.通过实验,获得了双层纳米晶TiO2薄膜的最佳膜厚,分析了镀银反光膜的反光率.研究结果表明:在AM15、光强100mW/cm2的模拟太阳光下测试,这种新型结构的开路电压、短路电流、填充因子分别为075V,1117mA/cm2和0523;光电转换效率达到438%,比相同条件下传统的三明治型结构提高了241%.     

大面积锌基染料敏化太阳能电池的制备与光伏性能研究

使用丝网印刷法制备了阳极膜厚为22.5μm的大面积ZnO染料敏化太阳能电池（ZnO-DSC）,活性面积18.24cm2。在ZnO浆料中添加乙酸可以提高阳极薄膜的染料吸附量,添加乙酸后染料吸附量由1.867×10-7mol/cm2增至2.832×10-7mol/cm2。在ZnO薄膜表面引入超薄TiO2保护层提高了ZnO薄膜与导电玻璃基底的粘接力。将上述两种方法同时应用于制备ZnO-DSC,光伏性能测试结果表明,制得的DSC短路电流和开路电压分别提高至11.95mA/cm2和0.69V,电池的光电转化效率由未经任何处理时的2.56%提高到3.47%。     

DSSC太阳能电池

介绍了染料敏化纳米太阳能电池(DSSC电池)的结构和原理,对纳米TiO2膜、敏化染料、电解质的研究进展进行了综述,并对其应用前景作出展望.     

染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池(DSSC)的结构和工作原理,针对目前全世界关于染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的改性进展进行了综述. 目前,TiO₂薄膜改性手段主要包括:表面处理、离子掺杂、半导体复合、微观有序空间结构、多孔化结构、贵金属沉积等. 改性二氧化钛光阳极是为了减少阳极和染料之间的界面阻抗以提高DSSC的光电转换效率. 最后对DSSC中光阳极改性的发展趋势和应用前景做了期许和展望,提出工程设计微观有序TiO₂光阳极结构、更大程度地开发TiO₂光阳极的制膜工艺、发挥各种手段的优势互补协同作用是未来染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极改性的方向. 对TiO₂光阳极界面之间的电阻和电子传输的机理进行更深层次的研究和探讨对染料敏化太阳能电池的工业化是非常必要的.      

静电喷镀制备染料敏化太阳能电池

目的为了提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率,优化染料制备太阳能薄膜工艺,实现Ti O2薄膜的自动喷镀加工.方法采用新型静电喷镀方法代替传统的浸泡方式将敏化染料喷镀到二氧化钛工作电极上,染料脱附后进行UV-Vis光谱的测试,并组装成染料敏化太阳能电池,检测其光电性能.结果用静电喷镀方法喷镀的染料吸光度都好于浸泡法,且喷镀40次染料的吸光度最高.喷镀法制备的电池的光电性能也高于浸泡方法得到的电池的光电性能,并且随着喷镀次数的增加光电性能也越来越好,40次的光电转化率为3.26%.结论静电喷镀技术在一定程度上优化了染料敏化太阳能电池的制备工艺,不但增大了染料的吸附量同时也节省了染料敏化电极的时间,从而提高了电池的效率.     

分散长单晶TiO2纳米胶的制备及光散射性能

TiO2纳米线由于其一维形态导致的快速电子传导及光散射成为染料敏化太阳能电池(DSSC)中的一种很有潜能的材料.本文用一种简单、有效的方法成功制备出了分散长纳米线(1～2 μm)胶,克服了纳米线由于聚集性而无法利用其独特的一维特性的缺点;此外可以方便的配合使用丝网印刷法制备纳米线层用于光阳极的反射层,且对于反射层的厚度较容易控制.     

藻胆体耦合Chlorin e6染料敏化太阳能电池的研究

采用超声波破碎结合蔗糖密度梯度离心的方法从钝顶螺旋藻中分离出纯度较高的完整藻胆体,探讨了具有超大分子结构的藻胆体作为染料敏化太阳能电池(DSSC)敏化荆的可行性,考察了藻胆体与Chlorin e6在纳米TiO2电极上的耦合敏化作用.研究发现,藻胆体可以组装在纳米TiO2电极上作为DSSC的敏化剂,藻胆体DSSC的开路电压0.55 V,短路电流0.50 mA/cm2,光电转化效率0.19%;藻胆体与Chlorin e6耦合敏化可以增大DSSC的短路电流,提高光电转化效率,且高于藻胆体和Chlorin e6单独敏化的加和,表现出明显的耦合效应,为进一步探讨光合膜蛋白在光电材料中的应用奠定了基础.     

碱性环境水热法制备TiO2纳米颗粒及其在染料敏化太阳能电池中的应用

通过碱性环境水热法制备了TiO2纳米颗粒,以异丙醇钛作为钛源,四乙基氢氧化铵作为碱性解胶剂.研究了四乙基氢氧化铵的浓度以及水热温度对TiO2纳米颗粒的影响.通过XRD、TEM对合成的TiO2晶粒尺寸、晶相以及形貌进行了表征.实验结果表明,使用四乙基氢氧化铵作为解胶剂,合成的TiO2颗粒由纯锐钛矿相组成,形状呈拉长的截断四方双锥结构.由于解胶的碱性环境,在TiO2的表面形成了富氧表面,使得在TiO2纳米颗粒表面更多的是热动力学稳定性更好的(101)和(001)面.制备的平均粒径大小为14 nm的TiO2纳米颗粒用于染料敏化太阳能电池中作为光阳极.通过电化学阻抗谱(EIS)分析了此种TiO2颗粒的电子传输特性.在AM1.5的模拟太阳光下,使用这种TiO2纳米颗粒作为光阳极的染料敏化太阳能电池获得了超过7％的光电转换效率.     

TiO_2纳米管薄膜的制备及其光电性能研究

将水热法制备的TiO2纳米管在600℃下焙烧,用焙烧产物制备染料敏化太阳能电池中的薄膜电极,同时与未焙烧的TiO2纳米管制备的薄膜电极进行光电性能比较。结果表明,600℃焙烧纳米管产物制备的薄膜电极短路电流和开路电压分别达到17.45mA/cm2和0.60V,光电转化效率提高到5.65%,高于未焙烧的TiO2纳米管制备的薄膜电极相应值,且机械性能良好,不易剥落。     

染料敏化太阳能电池碳对电极研究进展

综述了染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSC)结构和对电极作用以及近年来染料敏化太阳能电池对电极材料种类及研究进展.重点介绍了染料敏化太阳能电池碳对电极研究进展,包括碳材料性能,碳材料对电极制作工艺和各种性能参数,以及碳对电极与其他材料对电极相比优缺点.最后提出,由于碳对电极导电性能和催化性能良好,光电效率相对较高,且价格低廉,碳材料制备对电极具有广阔发展前景,已成为目前染料敏化太阳能电池重要研究方向.     

多孔TiO_2薄膜电极的制备及光电性能

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2纳晶薄膜电极.为了提高电极的光电性能,选用聚苯乙烯(PS)微球作造孔剂,制备了多孔TiO2纳晶薄膜电极.利用XRD,SEM对样品进行了表征,并用此薄膜电极组装了染料敏化太阳能电池,并在模拟太阳光下进行了光电性能测试,考察PS微球的量对样品微结构和光电性能的影响.实验结果表明,PS微球乳液为7%时,TiO2薄膜电极空隙率较高,孔径均匀,且光电性能最优.     

荧光光子晶体背反射层增强染料敏化太阳能电池效率

通过共组装单分散二氧化硅胶体和碳点的方法制备一种新型的荧光光子晶体薄膜,二氧化硅胶体粒子的粒径为180 nm,合成的碳点粒径为1 2 nm,共组装后制备的光子晶体薄膜同时具有鲜艳的色彩和良好的荧光性能.此薄膜的发射光谱在480 nm左右,可以将其用于染料敏化太阳能电池的背反射层.未加背反射层的染料敏化太阳能电池的转化效率为4.01%,而具有荧光光子晶体作为背反射层的染料敏化太阳能电池的转化效率达到4.27%,由此可以将光电转换效率提高6.2%.     

染料敏化二氧化钛纳米棒及其太阳电池的制备

以罗丹明-B为染料配制敏化剂,对二氧化钛(TiO2)纳米棒薄膜进行敏化处理后得到正电极,再加上用石墨制备的反电极,并滴加电解液,得到染料敏化纳米晶光电化学太阳能电池(NPC).实验结果表明,这种敏化方法在波长为470～750 nm的可见光范围内可以有效地提高太阳电池的吸光度和性能,电池的开路电压可达520mV.     

基于SQ2染料与P3HT的固态染料敏化太阳能电池

将近红外吸收染料SQ2与可见光吸收空穴传输材料P3HT结合起来制备固态染料敏化太阳能电池,并用锂盐对TiO2/SQ2表面进行处理来调节器件的光伏性能.通过模拟太阳光照射测试和单色光量子转换效率(IPCE)测试来研究器件的光电性能.测试结果表明,经过锂盐处理后,器件的短路电流(JSC)、填充因子(FF)和转换效率都获得提升.IPCE测试显示,经过锂盐处理后器件在P3HT吸收光谱范围内产生的量子效率没有变化,但在SQ2吸收光谱范围内产生的量子效率明显提升.通过分析得出结论是：锂盐处理不能提高P3HT所吸收的光量子转换效率,但可以提升SQ2染料所吸收的光量子转换效率,进而提高了固态染料敏化太阳能电池的光电转换效率.