清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室——太阳能课题组

本课题组长期致力于染料敏化太阳能电池的基础研究与电池器件的市场化推广应用。在基础研究方面，我们结合自身的学科优势特点，重点研究开发染料敏化太阳能电池各关键部件中的新型材料。在半导体光阳极方面，我们在导电基板上制备了各种一维定向的纳米金属氧化物。采用碱溶液直接水热法制备了TiO2纳米线阵列。     

清华大学材料科学与工程系：新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室——太阳能课题组

本课题组长期致力于染料敏化太阳能电池的基础研究与电池器件的市场化推广应用。在基础研究方面，我们结合自身的学科优势特点，重点研究开发染料敏化太阳能电池各关键部件中的新型材料。在半导体光阳极方面，我们在导电基板上制备了各种一维定向的纳米金属氧化物。采用碱溶液直接水热法制备了TiO2纳米线阵列。     

清华大学材料科学与工程系 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室——太阳能课题组

本课题组长期致力于染料敏化太阳能电池的基础研究与电池器件的市场化推广应用。在基础研究方面，我们结合自身的学科优势特点，重点研究开发染料敏化太阳能电池各关键部件中的新型材料。在半导体光阳极方面，我们在导电基板上制备了各种一维定向的纳米金属氧化物。采用碱溶液直接水热法制备了TiO2纳米线阵列。     

染料敏化太阳能电池的研究进展

综述了染料敏化太阳能电池的研究进展，总结了染料敏化太阳能电池关键材料：(1)染料(2)电极材料(3)电解质等的研究现状和发展趋势，指出了各自存在的问题，并提出了部分解决设想。     

染料敏化太阳能电池用电解质的研究现状

染料敏化太阳能电池(DSC)近年已经成为一个研究热点。电解质作为染料敏化太阳能电池的一个重要组成部分对电池性能影响较大。本文综述了目前国内外染料敏化太阳能电池用电解质的研究发展现状。按照电解质的物理状态将电解质分为液态电解质、准固态电解质和固态电解质分别予以介绍,并比较了使用这三种电解质的太阳能电池的优缺点。     

日本染料敏化太阳能电池最新研究动向

染料敏化太阳能电池(DSC)由于具有理论转换效率高，透明性高，制备工艺简单，成本低等众多优点，近年来成为世界各国争相开发研究的热点。本文在回顾了DSC的发展进程，分析了DSC的现存问题后，重点介绍了日本近几年来在开发用于DSC的光电材料和促进DSC实用化方面的研究成果。     

染料敏化太阳能电池中电子复合的抑制

简述了染料敏化太阳能电池中电子的传递和复合的机制,以及抑制电子复合的二种方法：包覆改性和共吸附剂小分子改性,分别对包覆改性和共吸附剂小分子改性的基本作用原理和研究现状进行了介绍.     

准固态电解质在染料敏化太阳能电池中的应用

综述了国内外染料敏化太阳能电池中准固态电解质的应用。按凝胶化的方法将准固态电解质分为有机小分子凝胶电解质、聚合物凝胶电解质和添加纳米粒子的凝胶电解质,并讨论了每种准固态电解质的特点及存在的问题。最后对准固态电解质的发展进行了展望。     

不同方法制备的Pt对电极染料敏化太阳能电池的光电性能研究

采用磁控溅射（sputtering）、高温热分解（high-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液和低温化学还原（low-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液等方法在FTO导电基片上制备了三类不同的Pt对电极,通过改变磁控溅射时间或旋涂退火循环次数,对FTO上不同对电极的载Pt量进行了调节.分析了三种不同方法制备的对电极的晶相结构、表面形貌以及透光率等特性.基于纳米管阵列和不同条件制备的对电极组装了系列染料敏化太阳能电池.测量了正照射和背照射条件下的电池光电性能,并分析了制备方法对对电极微结构和形貌的影响,以及对组装电池光电性能的影响,并对其各自的适用性和优缺点进行了比较分析.     

钙钛矿太阳能电池国际战略规划及发展态势分析

本文全面调研了美国、欧盟、日本及我国在钙钛矿太阳能电池领域的战略规划和项目部署情况,并基于权威机构认证数据,总结了钙钛矿太阳能电池研究最新进展,比较了各国技术实力。研究发现,各国都重视钙钛矿太阳能电池这一新兴技术,积极部署基础研究并推动其实用化和产业化;钙钛矿太阳能电池研究单元效率已突破23%,稳定性和大规模制备技术不断提高;我国在基础研究方面已经后来居上,创造了研究单元效率纪录,但在大规模印刷制备技术方面与美、欧、日等国家或地区还有一定差距。基于此,本文对我国发展钙钛矿太阳能电池以及钙钛矿材料提出了三点建议。     

一种染料敏化太阳电池用新型对电极的研究

介绍了一种新型染料敏化太阳电池用对电极结构,由基底材料、一层Al和其上的Pt构成.该新型对电极可以显著提高染料敏化电池的光电转换效率,由通常的3.46%提高到7.07%（AM1.5）.对该新型对电极的电学、光学性能以及耐腐蚀特性等进行了研究,分析了其优缺点,并提出了一系列改进方案.     

染料敏化太阳电池产业化进程分析

染料敏化太阳电池结合了有机染料光敏剂和无机半导体的优势,具有较宽的光谱响应范围,制造工艺简单、成本较低,应用前景广阔,因而备受人们的关注.本文回顾了染料敏化太阳电池技术的发展历史,介绍了2001年以来国际上该电池产业化进程,并对该电池目前存在的问题和未来发展的趋势作了简要分析.     

多孔氮化钒(VN)纳米带气凝胶的制备及其电化学性能

以NH_4VO_3为原料,通过180℃下水热反应和550℃下NH_3处理制备了多孔氮化钒(VN)纳米带气凝胶,并对多孔VN纳米带气凝胶的电化学性能进行了分析.SEM和TEM分析表明所制备的多孔VN纳米带的宽度为100~400 nm,孔尺寸为10~20 nm.电化学阻抗谱分析表明多孔VN纳米带气凝胶对I3.还原反应具有很高的催化活性,电荷迁跃电阻为1.36Ωcm~2.用多孔VN纳米带气凝胶电极组装的染料敏化太阳电池的光电转换效率为7.05%,与传统的Pt电极电池相近.循环伏安和恒流充放电实验表明多孔VN纳米带气凝胶具有较好的电容性能.当电流密度为0.5 A/g时,多孔VN纳米带气凝胶在2 mol/L KOH溶液中的比电容达到292.2 F/g.因此,所制备的多孔VN纳米带气凝胶可以作为高效的电极材料应用于染料敏化太阳电池对电极和超级电容器电极中.     

阳极氧化制备新颖的TiO_2多孔纳米结构膜及其形成机理与应用

采用两步阳极氧化法在钛箔片上制备了TiO_2多孔薄膜,随着阳极氧化的进行,Ti片表面依次出现上下双层纳米多孔结构、内外双层(芯壳)纳米管阵列结构和单层纳米管阵列结构等典型形貌,结合不同时间段的阳极氧化膜的表面形貌、晶体结构、X射线光电子能谱、电流密度随时间变化曲线等,分析了随着氧化进行钛片表面多孔TiO_2纳米膜典型形貌可能的形成机理.上下双层结构纳米多孔膜可能是因为纳米孔孔径强烈依赖于电流密度,而起始阶段的电流密度大小指数下降导致出现上层大孔下层小孔的双层结构;内外双层结构纳米多孔膜的形态可能来自于氧化钛纳米多孔膜从内至外由成分和可溶性不同的氧化钛构成导致;随着氧化进行,内层可溶性大的氧化钛结构逐渐溶解,形成的常见的TiO_2纳米管阵列结构.将阳极氧化得到的稳定的TiO_2纳米管薄膜作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池,研究了其光电性能.基于未经修饰处理的TiO_2纳米管阵列光阳极,其组装电池的能量转换效率(η)可达5.88%,将TiO_2纳米管阵列光阳极进一步采用常用的TiCl_4溶胶处理后,其效率提高到8.47%,在能源转化方面展现了较好的应用前景.     

染料敏化电池-温差热电混合发电系统的性能研究

建立染料敏化电池一温差热电混合发电系统的理论模型,利用非平衡态热力学理论导出该混合发电系统输出功率和效率的一般表达式,分析系统的一般性能特性,确定混合发电系统在最大输出功率和效率时的优化条件,讨论了一些主要性能参数对混合发电系统性能特性的影响．结果表明使用半导体温差热电器可有效地利用染料敏化电池所产生的低品位的废热,从而提高混合发电系统整体的输出功率和效率．本文所得结果可为实际混合发电器的设计和优化运行提供理论依据．     

一种螺旋丝状集成的立体吸光太阳电池

介绍一种新的螺旋丝状光阳极集成的立体吸光太阳电池，并在太阳模拟器和自然光下考察了它的性能．结果表明，螺旋丝状的光阳极可以从空间各个方向吸光，具有被动式跟踪阳光的优点，对太阳方位角和遮阴不敏感，增大了吸收散射光和周围环境反射光的面积．与三明治结构的染料敏化太阳电池相比，在封装工艺上更具优势．     

多晶硅薄膜太阳能电池的研究现状

综述了各类太阳能电池的优缺点和研究应用现状,介绍了多晶硅薄膜太阳能电池的基本结构及制备工艺和多晶硅薄膜的各种不同制备方法及其优缺点,最后对多晶硅薄膜太阳能电池的研究及应用前景进行了展望。     

肖特基接触单层有机太阳能电池的短路电流的数值研究

运用数值方法,系统研究了肖特基接触单层有机太阳能电池的阴极功函数、载流子迁移率和温度对短路电流的影响,得到了短路电流随阴极功函数、载流子迁移率和温度变化的定量关系,这为以后的有机太阳能电池实验研究提供理论基础.     

钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望

2013年6月以来,一种基于有机/无机复合钙钛矿材料的全新太阳能电池引起人们的极大关注,相关工作被期刊Science评为2013年度国际十大科技进展之一.这种新型全固态平面型太阳能电池已经展现出大于15%的高转换效率、液/气相等简单制备工艺和极低的加工成本等优点,极有可能在短期内把转换效率提高到20%以上,呈现出一片光明的前景,有可能对整个太阳能科学与技术行业以及人类经济和社会生活产生巨大的影响.本文结合我们最近的初步研究工作,就有机卤化物钙钛矿电池的发展历程、工作原理、制备工艺等几方面的代表性研究成果做了系统性总结,尤其是就目前有待解决的关键科学问题、未来发展方向等进行了讨论和展望,点明了可能采取的技术路径,有助于我国研究者抓住机遇,迅速跟上国际上太阳能电池与材料研究的前进步伐,为中国的绿色清洁能源的发展与生存环境的改善做出应有的贡献.     

2.5～5.0μm波段中红外激光晶体的生长和性能研究

中红外激光在大气污染监控、气体流量监测、海洋探测、激光医疗、军事对抗、基础科学研究等方面具有极其重要的价值.本文总结了近年来2.5~5.0μm波段中红外激光晶体的生长、物化、光谱及激光性能研究进展.采用提拉法生长出了一系列Er~(3+)激活及稀土离子共掺的低声子能镓酸盐、铝酸盐晶体,如Gd_3Ga_5O_(12)(GGG),SrGdGa_3O_7,SrLaGa_3O_7,CaYAlO_4和CaGdAlO_4等晶体,Ho~(3+)激活及敏化离子共掺的GGG晶体,以及Dy~(3+):YAlO_3等晶体,实现了2.5~3.4μm波段的发光.采用坩埚下降法生长出高质量Dy~(3+):KPb2Cl5,Cr~(2+):CdSe,Cr~(2+):Fe~(2+):CdSe等晶体,实现了2.5~5.0μm波段的发光.系统地研究了这些晶体的物化和光谱性能.重点研究了Er~(3+)激活离子在中红外波段的荧光动力学:分析了激活离子的浓度效应、共掺敏化离子的敏化机制以及退激活离子在抑制自终态效应方面所起的作用,计算了激活离子与共掺敏化离子、激活离子与共掺退激活离子之间的能量传递效率,诠释了能量传递机制.根据光谱性能研究结果,筛选出不同晶体中Er~(3+)的最佳掺杂浓度、共掺敏化离子及退激活离子的种类和浓度.研究了Er~(3+)激活的GGG和CaYAlO_4等晶体的激光性能.采用965nmLD端面泵浦Er:GGG,Er,Pr:GGG和Er:GGG/GGG键合晶体,采用氙灯泵浦Cr,Er:YSGG等晶体,均实现了高效的2.7~2.8μm多波长连续或脉冲激光输出,并在Er:GGG晶体上首次实现单纵模微片激光输出.