北京石油化工学院新材料与化工学院，特种弹性体复合材料北京市重点实验室，北京 102617
染料敏化太阳能电池（DSSC）具有制备工艺简单、成本低廉等特点，是太阳能有效利用的途径之一。本文简单介绍了染料敏化太阳能电池的组成、结构和工作原理，详细介绍了组成染料敏化太阳能电池的TiO2光阳极材料，总结了目前TiO2光阳极的研究成果，分析了TiO2 光阳极材料改性对DSSC性能的影响。同时，展望了TiO2光阳极的未来发展方向。
半导体材料 染料敏化太阳能电池 二氧化钛 光阳极 TiO2电极材料改性 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1500008
1 精细化工国家重点实验，辽宁省能源材料化工重点实验室，大连理工大学化工学院，辽宁 大连 116024
2 青海大学新能源光伏产业研究中心，西宁 810016
3 北京化工大学化学工程学院，北京 100029
碳点作为一种新型碳纳米材料，以其超小的尺寸、丰富的表面官能团、良好的化学稳定性、优异的光电性能等优势受到科研工作者和业界的广泛关注。详细介绍和总结了碳点结构、分类、特点以及制备方法，重点探讨了碳点在染料敏化太阳能电池不同组件中的应用研究进展，分析并指出了碳点在可控合成、规模制备、构效关系解耦、性能优化及染料敏化太阳能电池应用等方面所面临的挑战和未来的发展方向。
碳点 表面性质 制备方法 染料敏化太阳能电池 carbon dots surface property preparation methods dye-sensitized solar cells
1 华北电力大学动力工程系, 保定 071003
2 华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室, 保定 071003
3 华北电力大学保定市低碳高效发电技术重点实验室, 保定 071003
由于在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell, DSSC)中存在染料弛豫、半导体薄膜中电子与氧化态染料分子发生反应和电子在电解质中与氧化态离子复合等不利反应, 利用一个更完善的DSSC载流子传输模型对电池的光电性能进行模拟就显得非常重要。为此, 本文基于由多重俘获理论建立的DSSC中的包括电子、染料阳离子、碘化物和三碘化物在内的载流子传输模型, 数值模拟得到了不同TiO2薄膜厚度、不同入射光强度与不同染料分子吸收系数下DSSC的J-V曲线。结果表明, 随着TiO2薄膜厚度的增加, 太阳能电池的短路电流密度增大, 开路电压减小, 光电转换效率先增大后减小。当DSSC的TiO2薄膜厚度为20 μm时, 光电转换效率达到最大值7.41%, 同时光电转换效率随入射光强度与染料分子吸收系数的增大均有一定程度提高, 其中在吸收系数为4 500 cm-1时, 光电转换效率为6.73%。以上结果可以为改进DSSC的光电性能提供理论指导。
染料敏化太阳能电池 载流子传输模型 薄膜厚度 入射光强度 吸收系数 数值模拟 光电转换 dye sensitized solar cell carrier transport model film thickness incident light intensity absorption coefficient numerical simulation photoelectric conversion efficiency
1 哈尔滨工业大学 物理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 长春希达电子科技有限公司, 吉林 长春 130103
利用水热法合成不同Zn掺杂含量的SnO2（SnO2∶Zn）纳米晶, 并通过丝网印刷技术制备了SnO2∶Zn纳米晶光阳极, 研究不同含量Zn掺杂SnO2纳米晶光阳极对染料敏化太阳能电池光电性能的影响。实验结果表明, Zn掺杂含量增加能够引起SnO2光阳极的平带电位负向偏移和等电点增加。与未掺杂SnO2染料敏化太阳能电池相比, 当Zn掺杂量为2% 时, SnO2∶Zn基染料敏化太阳能电池的功率转换效率（PCE）最高, 为4.2%, 这归因于Zn掺杂能够增加染料在SnO2光阳极的担载量和提高染料敏化太阳能电池的光生电子寿命（τe）。此外, 2% Zn掺杂SnO2光阳极进一步经过TiCl4处理, 其电池功率转换效率可提高到7.7%。
染料敏化太阳能电池 Zn掺杂 光阳极 dye-sensitized solar cell SnO2 SnO2 Zn doped photoanode
1 淮阴工学院电子信息工程学院, 淮安 223003
2 淮阴工学院, 江苏省湖泊环境遥感技术工程实验室, 淮安 223003
作为染料敏化太阳能电池的关键构成部分, 对电极一直是研究的重点, 尤其是硒化物对电极。本文采用恒电位沉积-溶剂热-硒化过程制备出钴镍基硒化物薄膜, 并直接作为染料敏化太阳能电池的对电极。物相、形貌以及表面元素价态等分析表明, 在氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃上可直接获得NiCoSe4薄膜, 该薄膜是一种由纳米颗粒构成的片状多孔结构。电化学测试结果表明, NiCoSe4薄膜在基于I-/I-3氧化还原电对的电解液中具有良好的电催化活性, 由其构成的电池器件也展现出了良好的光伏性能, 且光电转换效率达到了7.84%, 高于铂基电池器件效率的6.95%。
染料敏化太阳能电池 对电极 NiCoSe4薄膜 多孔结构 光伏性能 电催化活性 dye-sensitized solar cell counter electrode NiCoSe4 film porous structure photovoltaic performance electrocatalytic activity
1 沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110168
2 沈阳建筑大学交通工程学院，辽宁沈阳110168
柔性染料敏化太阳能电池(Flexible Dye-Sensitized Solar Cell， FDSSC)具有质量轻、柔性好和耐冲击等优点，吸引了研究者们的广泛关注。作为电池的重要组成部分，光阳极是激发和收集电子的区域，其性能决定了电池的转化效率。简要介绍了FDSSC的结构和工作机理，然后综述了其光阳极的研究进展，并着重探讨了塑料基底光阳极和金属基底光阳极的制备。最后总结了FDSSC未来发展的机遇与挑战，以期为其制备提供参考和帮助。
柔性染料敏化太阳能电池 光阳极 塑料基底 金属基底 flexible dye-sensitized solar cell photoanode plastic base metal base
山西师范大学现代文理学院,山西 临汾 041004
采用DFT和TD-DFT方法研究了取代基对meso-四苯基卟啉(H2TPP)的八种衍生物几何结构, 振动频率及电子光谱的相关影响。研究发现在四个苯环上引入各种取代基后, 只有衍生物8受到了较轻微的影响, 总体而言对卟啉环的中心结构造成变形较小, 主要影响的是Cm原子。由于衍生物8具有甲氧基亚氨基这种强的电子给体基团, 其HOMO和LUMO能级显著增加, 前线轨道能隙值降低到4.49eV, 提高了Q带(500～750nm)的强度, 电子从取代基到卟啉环上的转移会产生持续的紫外至红外吸收光谱, 因此该衍生物在太阳能电池中可作为高效的卟啉类感光剂。
四苯基卟啉 几何结构 振动频率 电子光谱 染料敏化太阳能电池 H2TPP Geometrical structure Vibration frequency Electronic spectrum DSSCs
河北工业大学电子信息工程学院, 天津 300401
采用电化学恒电位法制备了用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的聚3,4乙烯二氧噻吩(PEDOT)与氧化石墨烯(GO)掺杂的复合导电薄膜,然后对薄膜的结构和形貌进行了表征,并用四探针仪测试了薄膜的方阻,最后研究了GO掺杂浓度对薄膜性能的影响,获得了最佳的制备工艺。结果表明:在GO质量浓度为0.3g/L时制备的复合薄膜具有最优的性能,GO的掺杂使该复合薄膜具有更大的比表面积、更好的电学特性以及更低的电荷转移电阻(5.23Ω·cm 2);该复合薄膜具有良好的氧化还原催化特性,其作为对电极组装的电池性能更佳,填充因子为0.68,光电转化效率相较于纯PEDOT从4.43%提高到6.23%。
材料 染料敏化太阳能电池 聚3 4乙烯二氧噻吩 氧化石墨烯 电化学沉积 复合物 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 231605
北京科技大学 冶金与生态工程学院, 北京 100083
采用水热法与旋涂法, 成功制备出基于钛网基底的TiO2纳米线阵列/Yb-Er-F掺杂TiO2上转换发光纳米粒子(TNWAs/YEF-TiO2-UCNPs)复合结构光阳极, 并将其组装成柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)。探讨了Yb-Er-F掺杂TiO2上转换发光纳米粒子的光学性能对复合结构DSSC光电转换性能的影响, 在此基础上系统研究了不同NbCl5浓度包覆对复合结构形貌和DSSCs性能的影响。结果表明：Yb-Er-F掺杂TiO2上转换发光纳米粒子的引入可以增大光阳极的入射光利用范围, 但同时也会增加其内部的电子复合。通过Nb2O5纳米粒子层的包覆可以在半导体/电解液界面形成能量势垒, 增加复合阻抗Rrec, 抑制电子复合; 提高电子收集效率ηec和光生电子寿命τe, 进一步增大短路电流和开路电位, 最终提高电池的光电转换效率。采用20 mmol/L的NbCl5乙醇溶液旋涂制备的Nb2O5@TNWAs/YEF-TiO2-UCNPs复合结构柔性DSSC获得了最佳的光电转换效率(6.89%), 比未经包覆的TNWAs/YEF-TiO2-UCNPs复合结构提升了24.3%。
Nb2O5包覆 Yb-Er-F掺杂TiO2 上转换发光纳米粒子 复合结构 柔性染料敏化太阳能电池 Nb2O5 coating Yb-Er-F doped TiO2 upconversion luminescence nanoparticle composite structure flexible dye sensitized solar cells Ying YANG 1,2,3De-Qun PAN 1,2,3Zheng ZHANG 1,2,3Tian CHEN 1,2,3[ ... ] 1,2,3
1 中南大学 冶金与环境学院, 长沙 410083
2 有色金属资源循环利用湖南省重点实验室, 长沙 410083
3 有色金属资源循环利用湖南省工程研究中心, 长沙 410083
采用水相共沉积法制备Ag2Se量子点(QDs), 并与染料共敏化制备固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)。考察了Ag2Se量子点不同敏化方式(TiO2/N719/QDs, TiO2/QDs/N719)及敏化时间(0~5 h)对DSSCs性能的影响。通过透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱图(UV-Vis)对Ag2Se量子点结构及光学性质进行了表征; 采用光调制光电流/电压谱(IMPS/VS)以及交流阻抗谱(EIS)对器件中载流子传输过程进行了研究。TiO2/QDs/N719的电池器件比TiO2/ N719/QDs具有更高的单色光量子转化效率(IPCE)及光电转化效率, 这是由于TiO2/QDs/N719可以吸附更多的量子点和染料。随着Ag2Se量子点敏化时间的延长, 光电转化效率先提高后降低, 最高达到3.97%。Ag2Se量子点在器件中起到了阻挡层作用, 可以促进电子传输, 抑制电子-空穴复合。而随着量子点敏化时间超过2 h, 电子陷入陷阱的几率增加, 导致器件的光伏性能下降。
Ag2Se quantum dots co-deposition method co-sensitized dye-sensitized solar cell Ag2Se量子点 水相共沉积法 共敏化 染料敏化太阳能电池
