染料敏化太阳电池

摘要： 详细介绍了2018年国内外在钙钛矿太阳电池、有机太阳电池、染料敏化太阳电池、量子点太阳电池等新型太阳电池方面的研究成果和产业化进展.

摘要： 新型的双层光电阳极,由作为覆层的分层TiO2微冠和作为底层(HTCF)的TiO2纳米森林组成.该光电阳极由TiO2纳米杆的顶层微球(MS)/FTO玻璃基质通过热液反应制备.在制备过程中,微球和纳米杆分别转变为微冠和纳米森林.HTCF结构光电阳极能够显著地改善光捕获能力.另外,增强的HTCF表面积能使染料吸附能力增加,实现更高的光捕获能力.基于在纳米杆内部快速的电子传输、更高的光散射和捕获能力,这种新型的HTCF光电阳极实现了三重能力.与裸TiO2结构纳米杆相比,HTCF染料敏化太阳电池的功率转换效率(PCE)增加了51％.通过改善一维TiO2纳米结构(纳米杆、纳米线、纳米管等)光电阳极取得了染料敏化太阳电池光电阳极制备技术的重大突破.%The new double-layer photoanodes were composed of a layered TiO2 micro-crown as the cladding layer and a TiO2 nano-forest as the bottom layer (HTCF). They were obtained by a facile hydrothermal reaction of TiO2 nanorods array with top microspheres (MS)/FTO (Fluorine-doped tin oxide) glass substrate in an alkaline solution. In this process, the microspheres and nanorods were transformed into micro-corollas and nanotrees, respectively. The photoanodes with HTCF structure could greatly improve the light scattering ability due to their novel structures. Moreover, the enhanced surface area of HTCF could lead to larger dye loading, which achieved the higher light harvesting capacity. Base on the fast electron transport of the interior nanorods, higher light scattering and harvesting capacities, this novel HTCF photoanode realizes tri-functions. The overall power conversion efficiency (PCE) of the HTCF are 51％ increase in the conversion efficiency compare with those of constructed by bare TiO2 nanorod arrays. Tri-functions of photoanodes are obtained by improving the 1D TiO2 nanostructures (nanorod, nanowire, nanotube et al.). To the best of our knowledge, it is a significant fabrication technology breakthrough for the photoanode of dye-sensitized solar cells.

摘要： 染料敏化太阳电池(DSSCs)作为第三代光伏太阳电池,因制作工艺简单、成本低廉、对环境无污染,具有良好的应用前景.在近二十年的研究中,研究学者们不断地合成与制备出不同形貌的TiO2来同时满足高比表面积和较高的光散射性的光阳极材料.TiO2亚微米球薄膜因具有较高的比表面积和优异的光散射性而在染料敏化太阳电池(DSSCs)中得到广泛地应用,但亚微米球间的点接触及球与导电基底的接触均较差,从而限制了电子在球间的传输与导电基底对电子的收集.为了解决接触问题，本实验在微米球制备过程中，添加适量氨水，使得Ti02亚微米球与纳米颗粒以一定比例共存。在制备的光阳极多孔薄膜中，纳米颗粒均匀地分散在亚微米球间，改善了亚微米球间的连接以及球与导电基底的接触，进而改善了多孔膜内电子的传输。同时，纳米颗粒的掺入能增加薄膜的比表面积，从而提高染料在多孔薄膜上的吸附量。与单一微米球制备的DSSC相比，其光伏性能得到了较大幅度的提高:电流密度从17.23mA}cm2提高到18.32mA·cm-2，光电转换效率从9.45%提高到10.03%。相关研究成果，为今后改进多孔薄膜内电荷传输性能提供了理论研究指导。

摘要： 与基于聚合物(偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物,PVDF)的准固态电解质相比,基于液晶(4-氰基-4'-庚基联苯,7OCB)的准固态电解质其内部3D结构的网孔尺寸较大,且尺寸处于微米及亚微米级.这一现象不仅有利于电解质中I3-和I-的扩散,同时使得电解质具有明显的光散射性质.有利于染料敏化太阳电池(DSC)中染料的光吸收,使得DSC的短路电流密度明显增加,提高了DSC的光伏性能.

摘要： 染料敏化太阳电池作为第三代新型太阳电池以其高效,制备简单,价格低廉,环境友好等优点得到世界广泛关注.对电极是染料敏化太阳电池的三个重要组成部分之一,其中最典型的对电极材料是铂.然而,虽然铂作为对电极效率高,性能稳定,但是铂材料价格昂贵,含量稀少.因此,寻找高效稳定的非铂对电极是染料敏化太阳电池领域的一个重要的研究课题.一般认为,作为电催化剂,具有高催化活性,良好的导电性和较大的比表面积的材料更有可能作为高效的对电极材料.过渡金属的硫化物在含碘电解液的染料敏化太阳电池里表现出良好的催化活性。在这里，用一步醇热法在导电玻璃基底上分别原位生长了三元硫化物CuInS2纳米片和Co,Ni的硫化物的分级纳米球结构，这些结构的硫化物相对于平面结构具有更高的比表面积，能提供更大的与电解液的接触面积，所以作为染料敏化太阳电池对电极得到了较高的催化活性。其中CuInS2是第一个被报道的三元硫化物对电极。另外对 Co,Ni硫化物对电极的稳定性做了研究，在实验的504个小时里面，这两种对电极的性能几乎没有衰减，表明了这两种对电极可以在染料敏化太阳电池的电解液环境里面仍具有较好的稳定性。

摘要： 系统研究了基于钴系、铁系、镍系、钌系、铜系等二元和多元合金对电极的太阳能电池。基于晶格参数、电负性、功函数等匹配，合成了近百种低铂合金电催化剂，研究了合成条件、元素特性与催化活性的关系以及功函数与催化性的关系。

摘要： 光阳极是染料敏化太阳电池和量子点敏化太阳电池的重要组成部分.它既吸附染料分子或半导体量子点,又为光生载流子提供传输通道.本文介绍了TiO2和ZnO纳米结构在光阳极上的应用.为了提高电池效率而采取的主要措施包括:(i)表面处理,(ii)制备分级结构,和(iii)采用多工作电极布局等.

摘要： 采用溶剂热法在FTO基板上制备了一维TiO2纳米棒阵列,将其用作染料敏化太阳电池的光阳极.通过改变前驱体溶液中正己烷、钛酸四正丁酯和盐酸的摩尔比以及反应温度对纳米棒结构进行调控,研究了各种反应条件变化对薄膜结构以及太阳电池性能的影响.

摘要： 本文采用水热法在FTO基板上制备了TiO2纳米线阵列,在此基础上通过水热法对该薄膜进行了刻蚀.SEM结果表明刻蚀过程能够有效地降低纳米线之间的团聚,从而保证了薄膜的比表面积,刻蚀后纳米线薄膜对染料的吸附能力提高了一倍,将纳米线薄膜作为染料敏化太阳电池的光阳极研究了其光电性能,发现刻蚀后电池的光电转换效率比未刻蚀电池提高了七倍.

摘要： 规整有序的TiO2一维纳米结构阵列,如TiO2纳米管阵列、TiO2纳米线阵列、TiO2纳米棒阵列等,用作染料敏化太阳电池(DSCs)的光阳极可以为光生电子提供连续直接的路径,提高电子的传输速度,进而提高DSCs的光伏性能.本文研究了TiO2种子层对单晶金红石相TiO2纳米棒阵列(TNRs)形貌和光伏性能的研究.TiO2种子层通过sol-gel方法制备在FTO导电玻璃基底的导电面.分别在FTO导电基底和制备有种子层的FTO导电基底上通过水热法制备单晶金红石相TNRs,所获得TNRs的SEM图片如图1所示.TiO2种子层将TiO2纳米棒的直径由100nm左右降低至50nm左右,将TNRs中TiO2纳米棒的密度由16μm-2增加至140μm-2,相应的TNRs的表面积和粗糙因子增加大约3倍.分别以两种单晶金红石相TNRs阵列为光阳极制备了DSCs,TiO2种子层使得TNRs-DSCs的光电转换效率由0.52％增加至0.71％.经过TiCl4修饰后,基于TiO2种子层的TNRs-DSCs的光电转换效率达到了1.74％.

摘要： 纳米TiO2多孔薄膜中陷阱态的数量与分布影响光致电子的传输与复合,进而影响DSSCs的性能.本文采用三电极体系,通过电化学阻抗谱(EIS)及循环伏安法(CV)研究了分别由10nm、20nm、80nm和200nmTiO2纳米颗粒组成的多孔薄膜中陷阱态的分布情况,结果表明,多孔薄膜中陷阱态的含量随颗粒的增大而减少.并利用光电子能谱(XPS)表征了多孔薄膜中Ti3+及氧空位,结果显示多孔薄膜中Ti3+及氧空位的含量随颗粒增大有所减少.

摘要： 纳米TiO2多孔薄膜中陷阱态的数量与分布影响光致电子的传输与复合,进而影响DSSCs的性能.本文采用三电极体系,通过电化学阻抗谱(EIS)及循环伏安法(CV)研究了分别由10nm、20nm、80nm和200nmTiO2纳米颗粒组成的多孔薄膜中陷阱态的分布情况,结果表明,多孔薄膜中陷阱态的含量随颗粒的增大而减少.并利用光电子能谱(XPS)表征了多孔薄膜中Ti3+及氧空位,结果显示多孔薄膜中Ti3+及氧空位的含量随颗粒增大有所减少.

摘要： 本发明公开了一种染料敏化太阳电池光阳极快速均匀敏化的方法及设备，适合各种溶剂的光阳极染料敏化剂吸附，将需吸附染料敏化剂的光阳极浸于染料溶液中，通过染料溶液的流动及对其加热、加压、超声等方法实现染料敏化剂在光阳极纳米多孔薄膜内的快速均匀吸附。本发明能够解决光阳极染料敏化剂吸附时间长的问题；染料溶液浓度一致，保证了染料敏化太阳电池性能的均一性；便于染料敏化太阳电池大规模生产。

摘要： 本发明公开了一种三苯基二氢吖啶染料及其制备方法与在染料敏化太阳电池中的应用。本发明以9,9′,10‑三苯基二氢吖啶为电子给体，低聚噻吩为π桥，喹喔啉为额外受体，氰基乙酸为电子受体和锚固基团，并在喹喔啉基团上引入烷基链，合成了一系列的基于二氢吖啶为供体的纯有机染料。该类型的染料由于供体三苯基二氢吖啶特殊的垂直构型，具有较大空间位阻，构建的染料分子吸附在二氧化钛半导体膜上不容易聚集，具有良好的抑制暗电流和电子复合的能力；同时，低聚噻吩的引入，可以扩大染料分子的共轭程度以及捕光范围；将其组装成器件后，染料敏化太阳电池的光电转换效率高。

摘要： 本发明公开了一类由芴链接的共轭三苯胺双锚固纯有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用，属于精细化工中的光电转化材料应用领域。本发明以芴作为链接基，连接着两个以三苯胺作为电子给体，噻吩‑苯并三氮唑‑噻吩为共轭π桥，氰基乙酸为电子受体和锚固基团，合成了一系列新型双锚固纯有机染料。双锚固基团染料能够有效地增强染料在光阳极表面的锚固能力，使染料在光阳极表面稳定的吸附，进而提高了染料敏化太阳电池的稳定性。另一方面，增加染料的锚固基团数能有利于光阳极表面的界面电荷的产生和传输，从而提高电池的光电转换效率。综合这两方面的作用，使得其在染料敏化太阳电池中有很好的应用前景。

摘要： 本发明公开了二苯并二噻吩并吡咯染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。本发明的基于二苯并二噻吩并吡咯的染料为无金属的纯有机光敏染料，其中，以三苯胺基团为电子供体，在π桥中引入二苯并噻吩并吡咯大共轭基团，以氰基乙酸基团为电子受体和锚固基团，并在二苯并二噻吩并吡咯基团上引入支化烷基链，有效增大二苯并二噻吩并吡咯染料分子的共轭面积，具有较大空间位阻，扩大光谱响应并有效拓宽吸收光谱，提高摩尔消光系数，具有较好的捕光性能以及良好的抑制电子复合的能力，作为敏化剂应用于染料敏化太阳电池中，从而提高染料敏化太阳电池的光电转换效率。

摘要： 本发明公开了吲哚啉‑喹喔啉‑二噻吩并喹喔啉染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。本发明的吲哚啉‑喹喔啉‑二噻吩并喹喔啉染料是基于吲哚啉、二噻吩并喹喔啉和喹喔啉的不含金属的纯有机染料，其中，以二噻吩并喹喔啉基团和辅助受体喹喔啉基团为π桥，同时以吲哚啉基团为电子给体，氰基乙酸基团为电子受体和锚固基团。本发明的吲哚啉‑喹喔啉‑二噻吩并喹喔啉染料通过在π桥中引入喹喔啉‑二噻吩并喹喔啉，具有较大空间位阻，吸附在半导体膜上不容易聚集，具有较好的捕光性能以及良好的抑制电子复合的能力，扩大了染料的光谱响应，应用于染料敏化太阳电池中，使得染料敏化太阳电池具有良好的光电性能，提高了敏化太阳电池的光电转换效率。

摘要： 本发明提供了一种染料敏化太阳电池、含二氢噻吩并

摘要： 本发明公开了一种染料敏化太阳电池光阳极快速均匀敏化的方法及设备，适合各种溶剂的光阳极染料敏化剂吸附，将需吸附染料敏化剂的光阳极浸于染料溶液中，通过染料溶液的流动及对其加热、加压、超声等方法实现染料敏化剂在光阳极纳米多孔薄膜内的快速均匀吸附。本发明能够解决光阳极染料敏化剂吸附时间长的问题；染料溶液浓度一致，保证了染料敏化太阳电池性能的均一性；便于染料敏化太阳电池大规模生产。

摘要： 一种分层吸附协同敏化的宽光谱染料敏化太阳电池，由光阳极、阴极、电解质以及封装部件构成，光阳极内部分层吸附具有光谱范围互补特征的多种染料。这些分层吸附的染料，不仅实现了更宽的光谱吸收和光电转换，而且可以避免染料混合吸附时造成的染料之间的不利影响及其所带来的电压降低的问题。还可实现更宽范围的光吸收因而具有更高的输出输出电流和能量转换效率。本发明不仅可以用于导电玻璃基底电池的高效化和低成本化，还可以用于柔性电池的高效化和低成本化。这些特征，均利于提高电池的输出电流和能量转换效率并降低电池成本。

摘要： 本发明公开了一种三苯基二氢吖啶染料及其制备方法与在染料敏化太阳电池中的应用。本发明以9,9′,10‑三苯基二氢吖啶为电子给体，低聚噻吩为π桥，喹喔啉为额外受体，氰基乙酸为电子受体和锚固基团，并在喹喔啉基团上引入烷基链，合成了一系列的基于二氢吖啶为供体的纯有机染料。该类型的染料由于供体三苯基二氢吖啶特殊的垂直构型，具有较大空间位阻，构建的染料分子吸附在二氧化钛半导体膜上不容易聚集，具有良好的抑制暗电流和电子复合的能力；同时，低聚噻吩的引入，可以扩大染料分子的共轭程度以及捕光范围；将其组装成器件后，染料敏化太阳电池的光电转换效率高。

摘要： 本发明公开了双三苯胺‑卟啉‑苯甲酸染料及其在染料敏化太阳电池中的应用。本发明的双三苯胺‑卟啉‑苯甲酸染料是基于三苯胺、卟啉和苯甲酸的有机染料，以三苯胺为电子给体，卟啉为π桥，苯甲酸为电子受体和锚定基团，烷基链为连接臂。本发明的双三苯胺‑卟啉‑苯甲酸染料具有双锚定基团，增强了其在工作电极二氧化钛表面的吸附能力，增加了电极表面吸附的D‑π‑A单元的数量，提高了电池的光捕获能力；同时，烷基链连接臂还改善了染料分子在工作电极二氧化钛表面的吸附形貌，提高了电池的开路电压，使基于该染料的染料敏化太阳电池相比相同结构单体D‑π‑A染料所敏化电池具有更优秀的光电转化性能。