染料敏化TiO_2纳晶太阳能电池研究进展

介绍染料敏化纳米晶 Ti O2 太阳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 Ti O2 膜、敏化染料、电解质做了探讨 .同时 ,对有机太阳能电池进行讨论并提出今后的研究方向 .

染料敏化太阳能电池纳晶TiO_2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多孔薄膜性能的影响.

染料敏化纳晶TiO_2太阳能电池

综述了染料敏化纳晶TiO_2太阳能电池的结构及工作原理、当前研究的重点、最新进展及有关问题。这种新型太阳能电池制造简单、成本低、效率可进一步提高、应用前景宽广。有45篇参考文献。

阴极修饰对染料敏化TiO_2太阳能电池性能的改进

通过对染料敏化TiO2纳米晶太阳能电池中阴极进行修饰来提高电池的光电性能。结果表明:在阴极表面镀上具有催化性能的白金、镍或石墨均可提高电池的光电转化效率(IPCE)、短路电流、开路电压和填充因子等性能。其中白金修饰阴极后,电池的性能较好,IPCE从7.59%升至48.32%,短路电流从0.91 mA升至7.23 mA,开路电压从478 mV升至571 mV以及填充因子从0.09升至0.47。并给出用UV—3100型紫外可见分光光度计测定染料RuL2(SCN)2溶液的吸收光谱。

染料敏化太阳能电池中大孔TiO_2薄膜电极的制备及应用

采用溶胶-凝胶水热法制备了TiO2纳晶薄膜电极,晶型为锐钛矿型。为了提高电极的光电性能,利用聚苯乙烯小球做造孔剂,制备了含有大孔隙的TiO2纳晶薄膜电极,孔径约为200nm,该电极具有较好的光漫反射性能,更重要的是球形大孔的存在,提高了凝胶电解质在TiO2薄膜电极中的渗透和I3-离子的扩散性能,与不含大孔的TiO2电极相比,电池的短路光电流提高约2mA·cm-2,光电转换效率提高0.6%。

染料敏化太阳能电池纳米TiO_2制备及多孔电极膜研究进展

本文就目前在染料敏化太阳能电池产业化中急需解决的TiO2纳晶制备、电极薄膜修饰与改进等热点问题的最新研究进展进行了综合评述,分析了存在的问题并提出了对策.

染料敏化太阳能电池光阳极TiO_2薄膜的研究进展

在概述染料敏化太阳能电池工作原理基础上,着重分析电池光阳极TiO2薄膜的特性,并指出该薄膜在电池中所起的作用:负载染料、收集光生电子、分离电荷和传输光生电子;继而从表面修饰、离子掺杂、量子点敏化、制备复合薄膜、设计微观有序空间结构、设计核壳结构以及多手段共改性等方面对TiO2薄膜改性手段进行综述,并详细分析改性手段优化染料敏化太阳能电池性能的原因;最后,提出应把优化光阳极TiO2薄膜制备工艺及探讨薄膜接触面工作机理等作为今后的研究重点。

简易模板剂法制备多级介孔TiO_2微球及其在染料敏化太阳能电池中的性能

采用模板剂法一步合成分级结构的介孔TiO2微球,考察了烷基胺类模板剂中烷基链长度对介孔TiO2微球合成及性能影响.将其应用于染料敏化太阳能电池的光阳极半导体薄膜中,得到了9.52%-10.15%的高能量转换效率.X射线衍射(XRD)、物理吸附仪(BET)、扫描电镜(SEM)等的分析结果表明:分级结构介孔TiO2微球的晶相为纯锐钛矿型;介孔TiO2微球表面粗糙,是由14-18nm的纳米粒子堆积形成,使微球具有介孔性质和较适宜的比表面积.介孔TiO2微球堆积形成了利于物质扩散的通道并具有良好的光散射效果;同时微球介孔粗糙表面保证了染料的大量吸附,从而提高了电池的光电流.通过电化学阻抗分析结果验证了分等级结构介孔TiO2微球光阳极有利于电解液的传输和物质扩散的优异性能.

基于TiO_2纳米管阵列的高效正面透光型染料敏化太阳能电池的制备及其光电性能（英文）

报道了一种基于TiO2纳米管(TNT)阵列正面透光型光阳极的高效染料敏化太阳能电池.将TNTs在450°C烧结后能避免其有序结构在HF处理过程中被破坏,使膜内高速电子传输通道被保留,有利于染料敏化太阳能电池(DSSC)实现高速电荷传输.再用HF、TiCl4、HF和TiCl4混合等溶剂对TNTs进行处理,提高其表面粗糙度以吸附更多染料.染料吸附量的增加能提高光阳极在300-570 nm波段光子捕获效率,该波段是染料吸收光子的主要区域.然而,在染料吸收光子较弱的长波段区域(570-800 nm)光子捕获效率的增加主要源于光阳极光散射率的提高.光阳极光子捕获效率的提高使DSSC的内外量子效率在全波段(300-800 nm)均有所增加,从而使短路电流明显提高.从电化学阻抗数据可知,与电子传输性能密切相关的电化学参数如电荷传输电阻、界面电荷复合电阻、电容、电子寿命、电子扩散长度和电子收集效率等在含处理过的TNTs光阳极DSSC中均有所改善,从而提高电池光电转换效率.含HF和TiCl4混合溶剂处理TNTs光阳极的DSSC最高光电转换效率能达到7.30%,比未处理的DSSC(5.38%)提高35.69%.

TiO_2光阳极染料敏化太阳能电池的研究进展

通过介绍染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,简称DSSC)的研究背景,指出了DSSC的研究意义。从光阳极、染料敏化剂、电解质和对电极等基本构成要素方面综述了DSSC的研究现状,并展望了其未来的发展方向。

TiO_2纳米花的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热合成技术,以盐酸、去离子水和钛酸丁酯为反应前驱物,在透明导电玻璃（FTO）衬底上合成TiO2纳米花薄膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）和X射线衍射（XRD）对其形貌和结构进行了分析。结果表明在FTO衬底上形成的纳米花是由四方形柱状结构的纳米棒构成的,纳米棒由具有金红石晶型的直径为4-6 nm的几十条单晶纳米线束聚集在一起构成的。研究了以TiO2纳米花薄膜为光阳极制备的染料敏化太阳能电池的光电性能,电池的开路电压、短路电流密度和转换效率均随着反应前驱物中钛酸丁酯的浓度的增加而变小,这是由于纳米花的比表面积随着钛酸丁酯的浓度增加而减少造成的。

介孔TiO_2微球水热法合成及在染料敏化太阳能电池中的应用

以Ti(SO4)2为钛源,采用尿素辅助水热法合成了介孔TiO2微球,利用XRD、FESEM和比表面积分析仪对样品的晶型、形貌和比表面积进行分析,探讨了尿素加入量对TiO2微球的颗粒尺寸、比表面积、孔径和孔容的影响。采用刮涂法,用所合成的介孔TiO2微球制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)的光阳极,结果表明,尿素用量为1.2g合成的介孔TiO2微球所组装的电池在模拟太阳光的照射下(100mW/cm2,AM1.5),光电转换效率为6.2%,明显高于商用P25纳晶所组装的电池光电转换效率(4.24%)。

柔性染料敏化太阳能电池TiO_2薄膜的低温制备技术

简要介绍了柔性染料敏化太阳能电池的特点,综述了柔性染料敏化太阳能电池中TiO2纳米晶半导体薄膜光电极的低温制备技术。

TiO_2纳米管阵列对染料敏化太阳能电池性能的影响

通过恒压阳极氧化法在Ti箔表面制备了结构规整的TiO2纳米管阵列,研究了氧化时间和退火温度对纳米管阵列的尺寸和晶体结构的影响。用制得的纳米管阵列电极组装了染料敏化太阳能电池(DSSC),研究了纳米管长度、退火温度和电极面积对DSSC光电性能的影响。结果表明,纳米管管径和壁厚均与氧化时间无关,而纳米管长度则随着氧化时间延长而增加。在450℃及更低温度退火时,纳米管中只出现锐钛矿相;而在500℃退火时,纳米管中则又出现了金红石相。由厚度为27μm、退火温度为450℃的纳米管阵列电极组装成的DSCC具有最佳的光电转化性能。DSCC的光电转化效率随电极面积的增加而降低。

TiO_2纳米微球的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

以四氯化钛、盐酸为原料,制备出花状TiO_2纳米微球,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法,对样品的结构和形貌进行了表征。为了提高TiO_2微球电池的光电性能,利用TiO_2微球作为反射层构造了双层结构的薄膜电极,结果表明,双层结构染料敏化太阳能电池在100 m W·cm-2(1.5 G)光照条件下,短路光电流Jsc=17.64 m A·cm-2,开路光电压Voc=0.74 V,填充因子FF=0.63和光电转化效率η=8.33%。相比TiO_2微球制备的太阳能电池,双层结构染料敏化太阳能电池光电转化效率提高至5.3倍。最后对电极中染料的吸附量、电极的光散射性能和电池的电化学阻抗做了进一步研究和分析,研究表明,双层结构电池增强光的捕获能力,从而提高光伏性能。

大粒径TiO_2反射层对染料敏化太阳能电池性能改进

使用大粒径和小粒径两种纳晶TiO2制备双层纳晶薄膜电极,并应用于染料敏化太阳能电池中。用有机碱四甲基氢氧化铵做胶化剂制备的两种大粒径纳晶TiO2(粒径为250nm和150nm),用它们分别制备薄膜做为反射层;用小粒径纳晶TiO2(10～20nm)来制备的纳晶多孔薄膜为底层膜,用于吸收大量的染料。研究表明,反射层的加入,大大提高了对光的反射率,改善了光电输出,提高了光电转换效率。

ZnO调制改性染料敏化太阳能电池TiO_2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%。

染料敏化纳米晶体TiO_2太阳能电池的对电极结构

通过对染料敏化纳米晶体TiO2太阳能电池的对电极的结构进行改进,设计了一种可大容量储存电解质和补充电解质的新型对电极结构.当染料敏化纳米晶体TiO2太阳能电池因液态电解质挥发泄漏而失效时,可以对其进行液态电解质的及时补充,从而使失效的染料敏化纳米晶体TiO2太阳能电池重新恢复工作.该新型对电极结构为解决染料敏化纳米晶体TiO2太阳能电池由于液态电解质泄漏导致的寿命降低问题提供了一种新的解决方法.

TiO_2/Eu^(3+)下转换薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/Eu3+下转换薄膜,并对其光学特性和光电性能进行了分析。将其应用到染料敏化太阳能电池(DSSC)中,利用其下转换特性将部分紫外光转换为能被染料吸收利用的可见光,提高了DSSC的光照强度,促进了短路电流的增大。荧光光谱显示,下转换薄膜在受到394 nm紫外光照射时可发射出550~640 nm的可见光,具有下转换功能特性。下转换薄膜可以增加电池对太阳光的吸收范围,当涂有二层下转换薄膜时,短路电流密度从8.05 mA·cm-2提高到9.62 mA·cm-2,光电转换效率从3.67%提高到4.32%,转换效率相对提高了17.7%。

双峰纳晶介孔TiO_2的制备及在染料敏化太阳电池中的应用

采用水热法,以三嵌段共聚物聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯(EO20PO70EO20,P123)为模板剂,钛酸四丁酯为前驱体,制备了双峰纳晶介孔TiO2,分别利用X射线衍射(XRD)、比表面积与孔径分析、场发射扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对制备的介孔TiO2的相结构、比表面积、孔径和形貌进行了表征,探讨了P123用量对纳晶TiO2微结构的影响。以双峰纳晶介孔TiO2作为染料敏化太阳电池的光阳极材料组装的太阳电池的光电转化效率达5.18%,与相同条件下以P25作光阳极材料组装的电池效率(4.02%)相比提高了28.85%,初步显示了双峰纳晶介孔TiO2在太阳电池领域中的应用潜力。