沿温度梯度热解钒多酸制备染料敏化太阳能电池V_(2)O_(3)@C对电极催化剂

以钒多酸为V源,乙二醇为C源,采用溶剂热法制备前驱体,沿温度梯度500,600,700,800,900℃热解前驱体,得到5种不同组成和形貌的V_(2)O_(3)@C复合材料,并分别将其作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)对电极.结果显示,700℃下所制备的V_(2)O_(3)@C复合材料电催化性能最优,能量转换效率(PCE)最高,为5.57%.这归因于V_(2)O_(3)和C之间的协同作用增强了催化剂的导电性,增大了材料的比表面积而产生大量的催化活性位点.

木质素衍生碳基染料敏化太阳能电池的制备及其光伏性能

染料敏化太阳能电池(DSSCs)的对电极一般采用贵金属铂(Pt),但Pt在碘系电解液中易被腐蚀,导致DSSCs成本较高且稳定性不足,难以规模化生产。以可再生木质素为碳源制备高性能电催化剂作为Pt对电极的廉价替代品无疑是一种理想策略。以木质素为碳源、KOH为活化剂,通过一步热解法合成了多级多孔碳,并应用于DSSCs。通过扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及全自动比表面积分析仪等方法研究了多孔碳的结构特征及孔隙特性,利用电化学工作站、太阳光模拟器、万用电表等设备评估了该衍生碳作为DSSCs对电极材料催化I-3还原的能力。结果表明,木质素衍生多孔碳材料具有优异的催化活性,比表面积高达530.54 m^(2)/g,总孔容为0.64 cm^(3)/g,且同时具有微孔、中孔和大孔。其器件短路电流密度、开路电压及光电转换效率分别达到了15.88 mA/cm^(2)、710 mV和7.27%,远高于活化前,甚至超过了Pt基电池,展现了其在DSSCs领域的应用潜力。综上所述,通过简单的共热解方法,KOH和木质素成功合成了多级多孔碳材料,其高比表面积和丰富的孔隙可实现电荷的快速转移,从而显著提升了电化学性能。因此,该多孔碳作为DSSCs对电极时,能显著提高器件的各个参数,并获得高于Pt基DSSCs的转换效率,表明木质素衍生碳具有作为Pt对电极廉价替代品的潜力。

二氧化锡基染料敏化太阳能电池电子传输模型优化及器件性能研究

针对染料敏化太阳能电池(DSSC)而言,其光阳极的材料特性与设计参数对DSSC性能具有显著影响。为了深入研究这一影响,本文采用数值模拟的方式,以探究光阳极结构变化对DSSC性能的详细影响。但目前的数学模型不够完善且预测精度较低,因而本文在光电子传输理论和朗伯比尔定律的基础上,采用常数堆叠法和可变堆叠法将孔隙率对电子扩散系数的影响引入到DSSC的数学模型中,建立了更加完善且精确的电子传输模型,该模型能够更深入剖析光阳极结构参数变化对DSSC性能的影响。通过数值模拟了在不同孔隙体积、电子寿命、SnO_(2)涂层厚度及比表面积下DSSC的性能。结果发现:随着SnO_(2)薄膜孔隙体积的增加,太阳能电池的短路电流密度逐渐减小,而开路电压则呈增大趋势,这导致光电转换效率逐渐降低。当孔隙体积达到0.10 cm^(3)/g时,DSSC光电转换效率达5.16%,因此在保证电池刚性的前提下,尽量降低SnO_(2)的孔隙体积,有利于吸收系数和扩散系数的提升,这两个参数的提升有利于DSSC整体性能的提升,同时电子寿命的延长会带来太阳能电池短路电流密度和开路电压的增大,进而提升光电转换效率,当电子寿命达到200 ms时,光电转换效率达到5.82%。本研究通过详细的数值模拟分析,为优化光阳极结构从而提升DSSC的光电性能提供了有力的理论指导,有助于进一步推动DSSC的研究与应用。

Cu-BTC和石墨烯改性的高性能染料敏化太阳能电池

采用Cu-BTC和三维网状石墨烯(3DGNs)对光阳极材料进行改性,通过提高光阳极的比表面积以及提供光生电子的快速输运通道,器件的短路电流和光电转换效率实现了显著的提高。采用SEM和XRD对复合光阳极的微结构进行分析,通过电流-电压曲线和入射光电流转化效率分析其光伏特性。通过调整光阳极中Cu-BTC,3DGNs和TiO 2的质量分数实现各种组分的协同作用。优化后,器件的短路电流为(20.5±0.1)mA/cm^(2),开路电压为(680±2)mV,填充因子为(61.9±0.1)%,能量转换效率为(8.63±0.1)%。

红薯淀粉凝胶衍生多孔碳的制备及其在染料敏化太阳能电池对电极中的研究

生物质碳具有来源丰富,价格低廉,用途广泛等优点。以红薯淀粉为原料,通过碱诱导凝胶化-冷冻干燥-碳化法,制备出具有多孔结构的生物质衍生碳材料。在该方法中KOH既可以促形成凝胶,又可以作为模板剂起到占位作用形成多孔碳,实验结果显示红薯淀粉凝胶衍生多孔碳(Sweet potato starch gel derived porous carbon,SPSG-PC)的孔隙大小为1~2μm。将其作为染料敏化太阳能电池(DSCs)对电极,并组装成器件。光电化学测试表明,SPSG-PC对电极组装的器件的各项光伏参数与Pt-DSCs接近。电化学机理研究表明,SPSG-PC对碘还原反应表现出较好的催化活性。SPSG-PC具有取材丰富、成本较低、低污染等优势,符合绿色可持续发展理念,在DSCs对电极材料方面具有应用潜力。

钨多酸热解制备染料敏化太阳能电池对电极WO_(2)@C电催化剂

以不同摩尔比的钨多酸和吡咯单体为原料,采用一锅水热法分别合成复合前驱体.在N_(2)氛围下800℃热解前驱体,制备了5种WO_(2)@C复合材料,并分别用作染料敏化太阳能电池(DSSCs)对电极.测试结果显示,n(钨多酸)∶n(吡咯)=0.20∶1时所制备的WO_(2)@C-4复合材料作对电极,电催化性能最优,能量转换效率最高,为5.92%,高于Pt电极(5.60%).这是由于添加适量吡咯,在热解过程中可以提高WO_(2)@C催化剂颗粒分散的均匀性,增加活性位点的数量,从而提高电催化活性.

TiO_(2)纳米晶空洞光阳极在染料敏化太阳能电池中的光电增效性能研究

以含炭微球作为模板,制备了TiO_(2)纳米晶空洞光阳极用于染料敏化太阳能电池(DSSC),通过调整模板的添加量,实现了空洞数目在光阳极中的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的形貌和结构。结果表明:基于TiO_(2)纳米晶空洞的DSSC,在标准太阳光强度(100mW/cm^(2))辐照下,最佳的短路电流密度(J_(sc))可以达到18.31mA/cm^(2),开路电压(V_(oc))为0.701V,填充因子(FF)为0.578,电池效率(PCE)达到7.4%,相比基于TiO_(2)纳米晶的DSSC 4.4%的电池效率,提高了68.18%,其中J_(sc)的显著提高是电池效率提升的主要因素。光散射、电子寿命的分析表明,适当的空洞结构可以增加光阳极对可见光的散射作用,通过可见光在空洞结构中的多次反射使染料能被多次激发产生光生电子,从而提升了光捕获效率和电子寿命,最终实现了DSSC性能的提高。

基于铜钴硫化物的染料敏化太阳能电池光伏性能的研究

对电极对染料敏化太阳能电池的性能有很大影响。开发了一种无铂、低成本的二元复合对电极。采用溶剂热法在导电玻璃上成功地制备铜钴硫化物(Cu-Co-S)对电极。以硫化铜对电极为基础,在实验过程中引入钴元素,通过SEM和TEM图像可以看出,钴元素的引入改变了纯硫化铜对电极单一的物理特性。与此同时,通过Tafel和EIS等电化学测试对铜钴硫化物对电极进行了电催化活性的测试,测试结果表明,钴离子的引入改变硫化铜对电极的晶体结构,同时也提高了对电极的电催化性能。在光电流密度-电压曲线图中可以看到,由硫化铜对电极和铜钴硫化物对电极分别制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率从4.6%提高到5.2%,而铂对电极的原始效率为5.3%,铜钴硫化物对电极的效率已经非常接近于铂电极,从某种程度来说,达到了可以替代铂的作用,故铜钴硫化物对电极有望成为染料敏化太阳能电池更优良的对电极材料。

p-型和pn-型染料敏化太阳能电池

针对(1)p-型染料敏化太阳能电池(DSCs)存在的科学问题,即光阴极染料的吸附量偏低和电池内部的暗反应比较严重和(2)pn-型DSCs存在的光阳极和光阴极不匹配等问题,从电极、染料和电解质三个方面系统综述了p-型和pn-型DSCs的研究进展并分析了问题可行的解决方案,最后对p-型和pn-型DSCs的发展前景进行了展望.

染料敏化太阳能电池的原理及发展应用

太阳能电池是人类对太阳能开发并利用的重要途径,其发展不仅是对新能源领域的探索,更是对全球碳中和目标的努力.染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC)是一种有机太阳能电池,通过对自然界中植物光合作用的模仿,进行光能到电能的利用.对其工作原理和发展应用进行概况介绍,旨在让更多人认识并了解染料敏化太阳能电池的发展,为民众消除对于相关产品的误解和疑惑,助力新能源建设事业的推广与发展.

天然染料敏化太阳能电池的研究进展

简单回顾了染料敏化太阳能电池的发展以及目前存在的弊端,分析了天然染料作为染料敏化太阳能电池敏化剂的优、缺点及发展潜力。按所用天然染料种类的不同,详细综述了近年来天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展,进而合理分析和预测了天然染料敏化太阳能电池的发展趋势及实用化必须解决的关键问题。

单晶二氧化钛纳米线的制备及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

采用强碱水热法制备单晶二氧化钛纳米线(SCTNW),在高压高温和强碱作用下,二氧化钛颗粒的(010)晶面被NaOH溶液侵蚀,生成钛酸钠(Na2Ti4O9);经过酸洗后,生成钛酸水合物(H2Ti4O9·H2O),钛酸水合物之间通过氢键连接成线状;烧结失水后,最终形成SCTNW.通过透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线能量散射谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段进行表征和测试,分析了SCTNW的形成过程,探讨了水热时间对SCTNW形成的影响;将获得的SCTNW共混在二氧化钛纳米颗粒的胶体中,采用刮涂法在柔性钛箔上制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极,通过扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗谱(EIS)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计和电池光电性能等表征和测试,探讨了SCTNW的共混量对柔性DSSC光电性能的影响.实验结果表明:当共混7.5%(w)的SCTNW时,所制备的柔性DSSC在100mW·cm-2模拟太阳光照下,光电转换效率达到6.48%.

染料敏化太阳能电池的研究与发展现状

介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理。结合实验室的研究工作,概述了影响电池光电转换效率的关键材料——光阳极、染料、电解质和对电极的研究现状和发展趋势以及电池放大和模块集成方面的最新进展。

染料敏化太阳能电池研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池(DSSC)的基本结构、工作原理和影响其光电转换效率的关键材料,如阳极材料、染料、电解质、阴极材料;综述了各组成部分的研究现状和发展趋势。对于DSSC的研究,有序半导体氧化物薄膜的进一步优化,全吸收染料的合成以及高效准固态或固态电解质的应用,对提高电池的整体性能具有重要的意义。此外,还评述了近年来DSSC所面对的问题,展望了其工业化进程。

pH值对金莲花染料敏化太阳能电池性能的影响

首先从高原金莲花中提取天然染料,通过紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和傅里叶变换红外(FTIR)吸收光谱确定其主要成分为花色苷.调节色素溶液的pH值,组装染料敏化太阳能电池(DSCs)并进行光电性能测试.研究发现,随着pH值的升高,电池的开路电压逐渐升高,但是短路电流密度却先升高后降低.分析认为这是由于在不同pH值下,花色苷的结构会发生转换造成的.在pH=5时,该天然染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高,达到0.292%.

TiCl_4水解法制备的阻挡层对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

通过不同浓度的TiCl4溶液水解,在光阳极导电玻璃(FTO)基底上制备了阻挡层薄膜,以此来抑制FTO表面的光生电子与I-3之间的复合反应,采用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射分别测试了阻挡层薄膜的组成,用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计测试了阻挡层的形貌和对光的透过率,在AM1.5和暗环境下分别测试了染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电性能.实验结果表明:用此方法可以获得由TiO2粒子组成的阻挡层薄膜;阻挡层薄膜的形貌随着TiCl4溶液浓度的增加而改变,它的厚度随着TiCl4溶液浓度的增加而增加;引入阻挡层后,FTO对光的透过率都会下降;这一薄膜的引入可以提高电池的光电性能,用0.04 mo·lL-1的TiCl4溶液制备的阻挡层对暗电流的抑制作用最为明显,电池在AM1.5的条件下测试,转换效率最高7.84%.

二氧化钛纳米晶溶胶内渗透电极对染料敏化太阳能电池的光伏性能的提高

以自制的过氧钛酸(PTA)水溶液为前驱体,用水热法制备了透明锐钛矿相二氧化钛溶胶.无需有机添加剂可得到直径小于7 nm的棒状二氧化钛纳米晶溶胶.通过将溶胶内渗透到染料敏化太阳能电池(DSSCs)的多孔二氧化钛电极后,消除了多孔电极内的大孔并改善了电极内纳米晶之间的连通性.用扫描电子显微镜(SEM)和光学轮廓仪对溶胶内渗透后的光阳极进行了表征.结果表明:小颗粒棒状二氧化钛纳米晶附着在多孔的二氧化钛表面,填充了电极由于烧结产生的大孔,并在多孔的二氧化钛内部形成了有利于电子传输的网络结构.与未经处理的多孔电极相比,改性后的光阳极组装成染料敏化太阳能电池后光电转化效率提高了64%.

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。

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究,从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂.对前线分子轨道的计算表明,二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入.对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明,二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好.对染料分子的能级计算表明,二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂.二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO)能级均比TiO2晶体导带边能级高,能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子.二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I3-能级低,保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子.与实验数据比较,得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面,对染料的关键要求是LUMO能级的位置.染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素.通过对化学键键长的比较表明,二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同.对计算结果的分析表明,二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高,分子稳定性最好,在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好,在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.

染料敏化太阳能电池的研究进展

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSC)由于工艺简单、价格便宜、转换效率高等优点而受到大量关注。本文介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理,综述了染料敏化太阳能电池的研究现状,论述了光阳极上半导体薄膜的制备、改性方法;阐述了敏化染料和氧化还原电解质的要求、特点和分类。指出高性能半导体薄膜、光谱响应宽稳定性好的敏化染料以及高效全固态电解质的研发与应用是今后的主要研究方向。