染料敏化太阳能电池及TiO_(2)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。

生物质基炭材料在染料敏化太阳能电池电极领域的研究进展

太阳能电池可将太阳能转化为电能,具有环保、高效等特性,因此受到国内外研究者的广泛关注。染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种备受瞩目的新型太阳能电池,但其所用的炭材料(如石墨烯、碳纳米管等)价格普遍较为昂贵,因此亟须开发高性能且价格低廉的炭材料。本综述旨在阐明生物质基炭材料在DSSCs中的应用策略和发展方向,为更好地促进生物质基炭材料在太阳能电池领域的应用提供科技支撑。生物质基炭材料具有电催化活性高、孔隙可调等特性,且来源广泛、制备简单、稳定性高。为了进一步增加比表面积,可以通过活化制备具有更多孔隙结构的活性炭材料;除了提供有序的分级孔隙结构,大多数生物质原料具有丰富的杂原子,因此杂原子掺杂可以在炭化后直接实现,从而提高生物质基炭材料的导电性;将生物质基炭材料与其他材料复合还可以进一步提高离子/电子迁移效率。这些生物质基炭材料应用在太阳能电池中可以有效地改善器件的稳定性、光电转换效率(PCE)等性能。笔者概述了生物质的来源和结构特性,归纳了生物质基炭材料的制备和修饰方法,并对DSSCs的工作原理进行了介绍,最后系统阐述了生物质基炭材料作为对电极、光阳极等DSSCs核心部件的研究进展和应用现状。

SiO_(2)-TiO_(2)复合膜在染料敏化太阳能电池中的应用

文章通过Stober法合成粒径为300 nm的SiO_(2)纳米球,将该纳米球以乙醇为溶剂配置成一定浓度的悬浮液,通过旋涂法使其在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的光阳极P25上形成一层薄膜,再将形成的P25-SiO_(2)复合膜放入TiO_(2)溶胶中浸泡一定时间,使得光阳极上的SiO_(2)纳米球被TiO_(2)纳米粒子包裹,形成SiO_(2)-TiO_(2)核壳结构薄膜。与没有散射层的DSSCs相比,以该核壳结构薄膜作为DSSCs的光散射层电池的光电转换效率提高了18%。

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。

两种含铼、钌的太阳能电池光敏染料的合成研究

合成了铼联吡啶和钌三联吡啶两个新的太阳能电池光敏染料 ,对其结构进行了表征 ,并对染料的光、电化学性能进行了测定 .两染料在可见光区的最大吸收波长分别为 382和 4 76 nm ,发射波长分别为 6 2 2和6 72 nm;在较宽的电位范围内具有很好的氧化 -还原可逆性 ,Re( / )具有比 Ru( / )更高的氧化电位 ,可为电子传递提供更大的驱动力 .它们都具有良好的稳定性 ,适合于用作太阳能电池的光敏剂 .

染料敏化太阳能电池的研究进展

近年来,染料敏化太阳电池由于具有低价格、易于制造成大面积和可接受的转换效率的潜力等优点而倍受关注.介绍了类似于植物光合作用的染料敏化太阳电池的工作原理,描述了主要由导电玻璃,半导体氧化物纳米薄膜,敏化染料,电解质和对电极组成的染料敏化太阳电池结构.对阳极材料改性技术、染料对DSSC性能的影响和电解质的研究新进展进行了综述.最后展望了染料敏化的电池的应用前景和今后的研究重点.

染料敏化太阳能电池光阳极TiO_2致密膜的制备

用溶胶-凝胶法在染料敏化太阳能电池的FTO导电玻璃与多孔薄膜之间制备了一层TiO2致密膜,采用AFM、XRD、UV-Vis以及接触角测定仪等对其进行表征。结果表明,制备的薄膜结构致密、透明,晶粒细小均匀;水接触角从FTO表面的54.425°下降到致密膜表面的33.763°,有利印刷浆料润湿结合;对比实验证实了TiO2致密膜的引入,隔离了液体电解质与FTO导电玻璃的直接接触,减小电池的暗电流,电池的电流密度及光电转化效率分别提高了17.7%和22.4%。

CuCr_2O_4/TiO_2复合薄膜电极对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

将制备的CuCr2O4纳米粉体以不同比例掺杂到TiO2粉体中制成浆料,采用丝网印刷法在FTO导电玻璃上制备CuCr2O4/TiO2复合薄膜电极。利用X射线衍射仪对复合薄膜进行晶型分析,数显测厚指示表测试复合薄膜的厚度,用光电转换测定仪测试了DSSC性能。结果表明,掺杂CuCr2O4纳米粉体能够提高电池的光电转化效率,当薄膜厚度为20μm、掺杂粉体的质量分数为2%时,薄膜电极具有良好的光电性能;与纯TiO2薄膜电极相比,光电转化效率提高了22.6%,达到6.5%。

不同光强下染料敏化太阳能电池输出特性仿真

以染料敏化太阳能电池(DSSC)的等效电路图及数学模型为依据,利用牛顿迭代法计算DSSC的工作电流,在Matlab/Simulink仿真环境下建立了仿真模型。制备并测试了以TiO2薄膜为光阳极的DSSC。使用估算参数的方法对测得的数据进行拟合。研究了不同光照强度对DSSC输出特性的影响。仿真结果表明,DSSC的输出特性受光照强度影响很大。

太阳能电池用联吡啶铼光敏染料研究

合成了3种含有羧基的联吡啶铼光敏染料[(2,2′-联吡啶-4,4′-二羧酸乙酯)Re(CO)3(R-吡啶)PF6](R=H,CH3,NH2),对染料的光、电化学性能进行了研究.在吡啶配体上引入供电基团—CH3或—NH2,染料的MLCT(金属-配体间电荷转移)最大吸收波长发生红移、氧化还原电位降低.激光闪光光解研究表明,3种染料激发态衰减速率分别为1.2×107、1.7×107和3.7×108s-1,远小于电子注入的速率(纳米TiO2的为1011～1013s-1),可望实现电子向TiO2导带的传递.引入供电基团后的吡啶配体可能向染料激发态传递电子,加快其衰变,从而减少注入到TiO2中的电子回传给染料激发态的可能,提高光电转换效率.

过氧化钛配合物(PTC)体系在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

本文利用水性过氧化钛配合物(peoxotitanium complex:PTC)前驱体可低温合成锐钛矿TiO2溶胶的特性,将其用作柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光阳极材料的成膜助剂.研究发现:加入基于PTC制得的TiO2溶胶可以明显提高DSSC的光电转换性能,在制备DSSC的浆料中加入10%(体积分数)的基于PTC制得的TiO2溶胶后,电池的光电效率可以提升50%.我们进一步研究了光电转换效率的影响因素,结果表明,溶胶的加入量和反应时间均有一最佳值,当基于PTC的TiO2溶胶添加量为10%,反应时间为9h,所得到电池的光电性能最好.

染料敏化太阳能电池中的纳米TiO_2多孔膜研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池(DSSC)的工作原理;综述了应用于DSSC的纳米TiO2多孔膜制备方法以及掺杂改性方法。最后对用于DSSC的纳米TiO2多孔膜的发展方向进行了分析与展望。

基于MATLAB/Simulink的染料敏化太阳能电池输出特性仿真

根据染料敏化太阳能电池(DSSC)的等效电路,应用MATLAB/Simulink工具建立仿真模型,对DSSC的输出伏安特性及输出功率进行仿真,讨论串联电阻和分流电阻对DSSC性能的影响。仿真结果表明,随着串联电阻的增加,开路电压不变,短路电流密度、最大输出功率及填充因子降低;随着分流电阻的增加,开路电压、短路电流密度、最大输出功率及填充因子均升高,但是数值增加越来越慢。通过仿真结果来指导实验:减小电池基底的阻值,使材料之间紧密接触,串联电阻的阻值就会越小,得到DSSC的性能就越好;还可以通过在基底镀上一层致密膜,增加分流电阻的阻值,提高DSSC的性能。仿真结果可以作为优化DSSC结构的理论依据。

太阳能电池用光敏活性染料的合成

设计合成了含有两个羧酸 (酯 )基的铼联吡啶和钌三联吡啶光敏活性染料 ,其中的羧酸酯基水解成羧基后可作为光敏染料与纳米二氧化钛表面发生键合的活性基团。详细研究了染料的合成及提纯方法 ,并利用1 H - 1 HCOSY、HSQC、HMBC等二维相关NMR谱和电喷雾质谱 (ESI-MS)

光敏染料用于太阳能电池的研究

简述了影响染料敏化太阳能电池(DSSC)光电转换效率的几个因素;按照分子结构分类,重点总结了近几年来国内外有关光敏染料在提高DSSC电池性能方面的最新研究进展,提出了存在的问题及解决对策,并展望了今后的研究方向。

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背景和发展过程,包括了光阳极、光敏染料和电解质的研究进展,详细阐述了该电池国内外各项关键技术的实验和产业化研究最新成果,着重分析了染料敏化太阳电池的未来发展趋势,并展望了该电池的应用前景。

环丁砜在染料敏化太阳能电池固体电解质中的应用

以CuSCN、环丁砜、1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘、PEDOT:PSS为原料制备了染料敏化太阳能电池固体电解质,研究并探讨了环丁砜对电池光电性能的影响,同时对电池稳定性能进行了考察。结果表明,环丁砜引入染料敏化太阳能电池固体电解质中,电池的光电性能及稳定性能均得到了一定的改善;当环丁砜加入量为0.18g、CuSCN粉体为0.25g时,染料敏化太阳能电池短路电流密度为3.92mA/cm2,开路电压为0.42V,光电转换效率为0.86%,电池性能较稳定。

敏化条件对染料敏化太阳能电池性能的影响

通过实验方案,对影响染料敏化太阳能电池(DSSC)的敏化条件进行了优化设计,在光阳极初始默认的制作条件下,从海带中提取叶绿素,分别对影响DSSC光电性能的敏化染料溶液浓度、pH值、温度、受光时间、敏化时间、对电极背景色等影响因素逐一进行研究,最终确定了光阳极敏化的最优条件:醇水溶液的最佳稀释比为1∶2,最佳敏化pH=8,最佳敏化温度为30℃,最佳敏化时间24 h,黑暗环境下敏化效果最好,且对电极采用镜面背景最佳,最终获得光电转换效率0.76%。

染料敏化太阳能电池光阳极的优化与性能研究

对染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极的制作工艺进行优化设计,在光阳极初始默认的制作工艺条件下,分别对影响DSSC光电性能的光阳极活性面积、TiO_2薄膜厚度、是否添加散射层、TiO_2薄膜烧结温度、化学处理方法和TiCl_4浓度影响因素逐一进行考察,最终确定了光电极的最佳制作工艺:光阳极活性层面积为0.4 cm×0.4 cm,TiO_2薄膜厚度为19μm,并加散射层,TiO_2薄膜电极的烧结温度为T1=525℃、二次烧结温度为T2=500℃,采用0.1 mol/L的TiCl_4水溶液进行化学处理,获得短路电流密度19.45 mA/cm^2,光电转换效率8.42%。此制作工艺方法简单、光谱特性好、光电转换效率高,有利于DSSC的结构优化与推广应用。

性能增强的双层TiO_2复合膜染料敏化太阳能电池

采用水热法制备了一维TiO_2纳米棒阵列、二维Ti O2纳米片和三维TiO_2微球。将TiO_2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TiO_2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%TiO_2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。