新能源类本科专业染料敏化太阳电池创新实验

为了有效地培养符合新能源产业岗位要求的高素质应用型人才,特别是提升学生的实践能力和创新能力,将染料敏化太阳电池的前沿研究和开发融入实验教学环节,设计出天然染料敏化太阳电池创新实验,并初步形成"129+X"模式。"1"是指以难易程度适中的天然染料敏化剂为主要切入点;"2"是指实验内容分为两大模块,即创新模块和固定模块,综合了近十门专业课程的部分关键理论与技能,充分体现了创新实验的综合性,同时兼顾了创新实验的可行性;"9"是指实验过程细分为分组立题、文献查阅、方案设计、试验准备、实验实施、表征分析、报告撰写、答辩点评和成绩评定九个环节,始终贯穿着自主性和设计性,让学生真正成为实验主体;"X"是指为配合创新实验顺利开展采取多途径的保障措施。

转型背景下新建本科院校科学研究职能的思考

随着国务院常务会提出"引导一批普通本科高校向应用技术型高校转型",我国600余所地方本科高校将陆续向应用技术型大学转型,为新建本科院校的发展带来新机遇和新挑战。科学研究作为现代大学的四大职能之一,是衡量高校办学水平的重要指标。从剖析新建本科院校的科研现状入手,理清科研与教学以及科研与人才培养的关系,提出新建本科院校实现科学研究职能的建议。

柔性染料敏化太阳电池关键制备技术研究进展

柔性化是染料敏化太阳电池(DSCs)最具研究前景的方向之一,柔性DSCs转换效率已经达到8.1%。从柔性DSCs的结构和原理角度出发,分析了柔性DSCs的优势及面临的主要挑战,介绍了柔性DSCs光电极的制备技术和优化机制,探讨了柔性对电极的制备机制,对未来的发展趋势进行了展望。

二维石墨烯制备方法研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体,是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元。石墨烯因具有独特的结构和优异的性能,吸引了不同领域科学家的关注,极具应用前景。对近几年石墨烯的主要制备方法进行了综述,对比了不同制备方法的优缺点,同时分析了石墨烯制备方法的发展趋势。

单步热解竹叶生物炭的特征及其DSSC的光电性能研究

以竹叶为原料经单步热解获得生物炭,在分析生物炭的形貌、孔隙和晶体结构等特征的基础上,将其作为对电极催化材料引入染料敏化太阳电池(DSSC),并将其与活性炭和石墨进行对比。结果表明:生物炭是一种具有三级孔隙结构的富碳材料,比表面积为19.73cm2/g。三级孔隙的主要尺寸为20nm、150nm和1~5μm,其中少量的宏观孔隙具有取向性。生物炭中的碳元素主要以类石墨微晶堆积而成的无定型碳形式存在。生物炭的上述特征使其具有较优异的催化活性和较强的氧化还原对扩散能力,相应器件的光电性能远优于石墨,且与活性炭相当,三者器件的转换效率依次为2.44%、0.77%和2.09%。

简易NI结构碳对电极的钙钛矿太阳电池研究

钙钛矿太阳电池(PSCs)因具有较高的转换效率(>20%)和简单的全溶液制造工艺等特点而备受关注。近十年来,大多数研究集中在钙钛矿薄膜的晶体优化和结构开发、电子传输材料的结构设计和制备技术开发、空穴传输材料(HTM)的改性和新材料研制以及界面修饰和带隙调控等方面。与此同时,也有不少研究专注于将碳材料作为对电极引入无HTM的P S Cs中,构成"碳对电极+无HTM"的简易NI结构器件,实现降低成本、改善稳定性、提高效率以及凸显柔性和半透明等目标。目前在简易NI结构器件中应用的碳材料已涉及石墨、炭黑、商业碳浆料、碳纳米管和石墨烯。对上述五类碳材料在简易NI结构器件中的应用进行了阐述和分析,为下一步碳对电极简易NI结构器件的研究提供新思路。

不同长径比银纳米线/PEDOT:PSS复合透明电极的制备和研究

聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)因其优良的透光性和延展性等特点被广泛用作柔性透明电极,为了改善其导电性能及提高可加工性能,将利用连续多步法(SMG)合成的银纳米线(Ag NWs)和二甲基亚砜(DMSO)与之共同混合,形成稳定的杂化“墨水”。在玻璃衬底上,利用旋涂法制备的复合薄膜的导电性和透光性都较优异,其中最优的复合薄膜在550 nm波长处透光性达到了93.5%,表面方块电阻为25Ω/sq。实验中发现长径比较长的Ag NWs制备的薄膜因其提供了较好的交叉网络和减少了纳米线间的节点电阻,性能会更加优越。将杂化墨水旋涂到柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的衬底上,其导电性和透光性差异不大,并且表现出良好的可折叠弯曲性,这将有望大规模应用于柔性器件。

碳纳米管和二甲基亚砜对钙钛矿太阳电池中PEDOT:PSS空穴传输层的协同影响

聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)–聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)是平面结构钙钛矿太阳电池中空穴传输层的典型材料,为了改善其导电性能以及促进后续钙钛矿层的生长,本文将碳纳米管(CNTs)和二甲基亚砜(DMSO)同时引入PEDOT:PSS进行共修饰。结果表明:CNTs和DMSO在CNT-DMSO-PEDOT:PSS共修饰膜中展现了优异的协同效应。均匀贯穿于基体且几近网格状的CNTs具有促进后续钙钛矿层生长及降低共修饰膜方块电阻的功能;DMSO扮演着加强共修饰膜的导电能力及控制CNTs流失的角色。因此,与单修饰膜相比,共修饰膜不仅能更有效地传输电荷,而且其表面生长的钙钛矿层晶粒尺寸更大,覆盖率更高。此外,共修饰膜在可见光范围内仍然保持优异的透光率,550 nm波长处的透光率为88.8%。组装成器件后,共修饰膜的光电转换效率(PCE)为5.75%,远高于CNTs和DMSO单修饰膜及纯PEDOT:PSS膜,后三者的PCE分别为3.01%、2.03%和1.30%。

聚光光伏产业发展现状浅析

介绍了聚光光伏技术的研究及应用现状,综述了国内外在聚光光伏方面的应用现状,比较了聚光光伏发电技术与传统光伏硅发电技术,对聚光光伏产业发展前景进行了展望,建议政府和相关企业抓住机遇,整合资源,发挥聚光光伏高效率和低成本等优势,以促进其产业化进程。

表面活性剂改性的大孔径介孔炭对电极染料敏化太阳电池(英文)

以大孔径的介孔炭(MC)为催化层材料经低温热处理构建出炭对电极,着重探讨了在炭浆料中添加Triton X100对其组装的染料敏化太阳电池(DSCs)光电性能的影响,并引入分形维数(DF)用于定量评估炭膜形貌的差异。结果表明,当炭浆料中Triton X100的含量增加到0.1 mL(相应MC含量为0.6 g)时,DSCs的光电转换效率增加至5.65%,其值比活性炭对电极DSCs高46.5%,且达到Pt对电极DSCs的95.4%。Triton X100改性的介孔炭对电极的高性能归功于高品质的炭膜和介孔炭本身合理的孔结构(如大尺寸孔径和大比表面积等)。相对于未添加Triton X100的纯介孔炭对电极,Triton X100改性的介孔炭对电极具有分布更均匀的炭膜和更小的分形维数,是对电极欧姆串阻减小及相应器件效率改善的一个重要因素。

染料敏化太阳电池石墨/聚苯胺复合对电极的低温制备和性能

通过低温制备(120℃)构建出不同比例石墨/聚苯胺复合对电极,分析了复合对电极组装的染料敏化太阳电池(DSCs)的光电性能,并通过X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、电化学交流阻抗法和循环伏安法等表征方法探讨了光电性能变化的内在原因,同时探讨了复合对电极中引入镍纳米颗粒对DSCs光电性能的影响。结果表明:在对电极中,聚苯胺质量含量25%的复合对电极对I_3^-/I^-氧化还原反应具有更佳的催化活性,其DSCs短路电流密度、开路电压分别达到7.41mA·cm^(-2),和0.595V,其DSCs光电转换效率最大为2.193%,与纯石墨对电极和纯聚苯胺对电极时相比,光电转换效率分别提高了86.6%和45.3%。添加镍纳米颗粒后,导致复合对电极串联电阻的增加以及催化活性的弱化,最终促使相应器件的四个光电性能参数均有不同程度的下降。

9种树叶生物炭作为染料敏化太阳电池对电极的光电性能

将9种由树叶经单步热解获得的生物炭作为对电极催化材料引入染料敏化太阳电池（DSSC）,并在分析生物炭的组织结构和电化学性能的基础上,着重探讨了引起器件光电性能差异的内在原因。结果表明：9种树叶热解获得的生物炭组装的DSSC的转换效率在1.00%～1.85%之间,其中棕叶最佳,樟树叶和杨树叶其次,三者的转换效率均高于1.3%,随后依次为枫叶、红继木叶、椿树叶、杉树叶和松针,桂叶最低。生物炭的孔隙结构是引起相应器件光电性能各异的主要原因。由于棕叶生物炭具有独特的取向孔隙,能缩短电解质扩散距离以及提升催化活性,因此其器件的转换效率最佳。此外,9种生物炭器件的转换效率均高于石墨器件（0.77%）。更优的光电性能主要归功于生物炭具有的多级孔结构和玻璃态碳骨架。

纤维状纸炭对电极构造的准固态染料敏化太阳电池

将三种纸张(复印纸、滤纸和面巾纸)为原料经单步热解获得的纸炭作为对电极的催化材料引入准固态染料敏化太阳电池(QDSCs),考查了纸炭的催化活性和相应器件的光电性能。结果表明:三种纸炭均由径向尺寸约为10μm的碳纤维堆砌而成,具有低的结晶度和发达的孔隙,因此相比石墨均能获得更佳的催化活性和更高效率的QDSCs。在三种纸炭中,由复印纸获得的纸炭所含的碳纤维表面具有独特的细小鳞片结构,使其拥有最高的比表面积和最优的催化活性。纸炭在QDSCs中既能提供催化活性点,又能改善电解质的离子导电率,因此获得高于铂对电极组装的QDSCs的短路电流和开路电压,弥补了催化活性和填充因子的不足,最终具有与后者相比拟的光电转换效率。

玻璃碳球磨细化对催化还原碘三离子的影响

通过改变球磨时间实现玻璃碳不同程度的粒径细化,将玻璃碳作为催化材料引入染料敏化太阳电池(DSC)用对电极,着重考察了球磨细化对玻璃碳还原电解质中碘三离子(I3-)的催化活性的影响。结果表明,球磨细化不仅使玻璃碳的中值粒径从起始的20μm不断下降到球磨时间为8 h时的6μm,而且引起玻璃碳晶体结构的微变,具体体现为玻璃碳中组成类石墨微晶的单层石墨层片间距d(002)从0.364 nm逐渐减小到0.353 nm。粒径和晶体结构的变化通过不同方式影响玻璃碳表面的催化活性点,最终改变了玻璃碳的催化活性。随球磨时间的延长,催化活性先增后减,2 h时出现最优值。将玻璃碳对电极组装成DSC后,光电性能随球磨时间的变化规律几乎与催化活性随球磨时间的变化规律一致。

低温原位形成SnO_2/TiO_2复合多孔膜的光电性能

以SnCl4为前驱体混合纳米TiO2通过低温热处理(150℃)在FTO基底上原位形成了SnO2/TiO2复合多孔膜,并将其作为光阳极引入染料敏化太阳电池(DSCs),着重考察了复合多孔膜中SnO2质量分数对DSCs光电性能的影响。结果表明:随着SnO2质量分数的增加,DSCs的短路电流和转换效率均先提升,随后急剧下降。当SnO2质量分数为25%时,短路电流和转换效率均达到最大值,分别是无粘结剂TiO2光电极DSCs的2.74和4.52倍。器件光电性能的改善主要归功于弥散分布的SnO2在复合多孔膜中起着"桥结"作用,提高了TiO2颗粒间以及TiO2颗粒与FTO之间的结合界面,为光生电子的导出提供了更多有效的路径。

双面吸光透明碳对电极染料敏化电池的光电性能

以聚乙二醇800(PEG800)为碳源,采用原位形成技术在导电基底上原位形成一体式透明碳催化层,着重考察了配液时碳源的溶剂类型以及旋涂速率对碳对电极透光率、形貌、催化活性及其组装的染料敏化太阳电池(DSCs)双面光电性能的影响。结果表明,不同工艺下获得的碳对电极均具有较优异的透光性,在可见光范围内(400~700nm)的透光率基本达到了70%以上。在考察的2种溶剂中,乙酰丙酮和异丙醇混合液比乙酰丙酮和丙酮混合液更适合作为PEG800的溶剂,相同旋涂速率下能获得透光率更高、催化活性更佳的碳对电极,相应的器件具有更佳的正面转换效率和反面转换效率。旋涂速率和碳对电极的催化活性以及相应器件的正反面转换效率之间均呈反比关系。表面粗糙度不同是引起碳对电极性能各异的主要原因。此外,碳对电极DSCs的反面转换效率/正面转换效率的比值高于80%,大于Pt对电极器件的44%。

铝颗粒弥散分布纳米孔碳基复合材料对电极染料敏化太阳能电池的光电性能

制备了一种新型铝颗粒弥散分布的纳米孔碳基复合材料,并以此作为对电极的催化层,研究了催化层厚度对该对电极染料敏化太阳能电池(DSC)光电性能的影响以及铝颗粒的作用机制。结果表明:随催化层厚度的增大,纳米孔碳基复合材料对电极DSC的转换效率先增后减,在催化层厚度为44μm时达到最大,为5.15%,比纯碳对电极DSC的增加21.5%;细小铝颗粒弥散分布于复合材料对电极中,起连接碳颗粒的桥梁作用,能够加快外电路电子传输,从而加速电解质还原,使催化层增厚提高催化活性的作用得以充分发挥,并抵消催化层增厚导致的方块电阻的升高效应,最终提升了DSC的转换效率。

双面吸光PEDOT:PSS对电极染料敏化太阳电池

以市售PEDOT:PSS水溶液为催化层主要原材料,采用简易的旋涂工艺获得柔性和刚性两类透明对电极,着重考察了相应双面吸光染料敏化太阳电池(DSCs)的光电性能。结果表明,PEDOT:PSS对电极在可见光范围内(400nm^700nm)具有十分优异的透光性能,其透光率能维持在80%。采用高透光率的PEDOT:PSS对电极,能获得较理想的柔性和刚性两类双面吸光DSCs,正反面均展现出较佳的转换效率。当模拟光源从光阳极入射时,柔性和刚性两类器件的转换效率分别达到1.09%和5.11%,其值均与相应Pt对电极DSCs相当(分别为1.01%和5.19%);当模拟光源从对电极入射时,两类器件均依然具有从光阳极入射时效率的约50%,其值分别为0.51%和2.18%。

PVP辅助制备NiO薄膜及其钙钛矿太阳电池性能

采用NiO薄膜作为空穴传输层,PCBM作为电子传输层,制备了电池结构为ITO/NiO/CH3NH3Pb I3/PCBM/Ag的钙钛矿太阳电池。研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)含量对NiO薄膜的结构、形貌、光学性能的影响,进而考察了其对NiO基钙钛矿太阳电池性能的影响。研究表明:添加PVP一方面会导致NiO薄膜的形貌起伏,另一方面会使薄膜的透光率下降,这两个因素分别对电池性能起到正反两方面的作用。比较而言,NiO薄膜结构起伏可以有效增加钙钛矿薄膜的覆盖率和成膜质量,对提高电池整体性能的影响较大。当PVP含量为1.0%(原子分数)时,电池性能最优,开路电压和短路电流分别提高了14%和77%,使得转换效率提高了108%,达到3.61%。

添加剂辅助水热热解制备尺寸可控纳米孔碳微球

以KCl和HCl为添加剂,以果糖和淀粉为前躯体,通过水热处理和后续热解制备碳微球,探讨添加剂的作用机制。结果表明:碳微球具有纳米孔隙结构和表面含氧官能团。在2种前躯体中,添加剂均能促使具有规则球形的微球尺寸呈不同幅度的增大,平均直径控制在0.53～6.67μm之间。碳微球的形状和尺寸源于水热处理,而热解促使微球的结构由聚合物向玻璃碳转变,同时伴随着超过20%的尺寸收缩和近50%的质量损失。在水热反应过程中,氯化氢主要促进前期的多糖水解动力学以及单糖脱水与分裂动力学,而氯化钾主要加速后期微球的生长动力学。微球的生长涉及2种主要模式:构造单元交联生长和微粒合并生长。