染料敏化TiO2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 .     

一种在室温下制备柔性太阳能电池的新方法

纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池(DSSC)由于具有理论转换效率高，透明性高，制备工艺简单，成本低等众多优点．近年来成为世界各国争相开发研究的热点。本文介绍了太阳能电池的类型及其优缺点，着重介绍了纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的结构和工作原理及其制备工艺。     

Synthesis of TiO2 nanotubes film and its light scattering property

TiO2 nanotubes with diameters of 10 nm and lengths up to 600 nm were fabricated by directly using commercial TiO2 powders P25 as the precursors via sonication-hydrothermal combination approach. TiO2 nanotubes were characterized by means of X-ray powder diffractometer （XRD）, scanning electron microscope （SEM）, selected area electron diffraction pattern （SAED） and transmission elec- tron microscope （TEM）. The light scattering property of film electrodes modified with TiO2 nanotubes was studied and revealed that TiO2 nanotubes can be used as the light scattering centers to increase the light absorption in dye-sensitized solar cells. The TiO2 nanotubes film electrodes mixed with 10% small nanoparticles TiO2 had both strong light scattering property and fine mechanical characteristics, and this kind of electrodes can be used as electrodes in improving the conversion efficiencies of dye-sensitized solar cells.     

基于多功能层TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能?

利用粒径为20和200nm TiO2在导电玻璃表面制备光阳极的光透明层薄膜、混合层薄膜以及散射层薄膜,通过有效地调整3种薄膜结构进而制备了染料敏化太阳能电池.研究表明,多功能层TiO2膜结构大幅度地提升了光电流,而且电子在多功能层TiO2膜内的界面传输阻抗较低.将3种薄膜有效结合并控制其厚度,可以有效地提高染料敏化太阳能电池的性能,在AM1.5,光强度为100 mW·cm-2的条件下,染料敏化太阳能电池光电转化效率可以提升至5.29%,电流密度达到11.7mA·cm-2.     

染料敏化光电池中纳米TiO2膜的制备及性能研究

本文以商品P25为原料，利用涂层和热处理的方法在导电玻璃上制备纳米TiO2膜。扫描电子显微镜（SEM）测试结果表明，薄膜均匀、内部含有许多的纳米孔洞。X射线衍射仪（XRD）测试结果表面热处理前后TiO2的晶体结构没有显著变化。将纳米TiO2膜组装成染料敏化太阳能电池并研究了其光电转化性能。     

纳米晶TiO_2在染料敏化太阳电池中的应用

以P25为原料,采用水热法制得以菱形为主、直径为10～15nm、比表面积达112m2/g的纳米晶TiO2.用该纳米晶TiO2制膜,并与用P25粉制成的膜进行对比,通过扫描电子显微镜、氮气吸附装置等对两种膜进行分析和表征.结果表明:纳米晶TiO2制成的膜颗粒小、分布均匀,BET比表面积是P25膜的两倍,膜厚相同时染料吸附量是P25膜的两倍多.将纳米晶TiO2膜与P25膜用于染料敏化太阳能电池上,分析染料敏化太阳能电池的光电特性,结果表明,用纳米晶TiO2组成的染料敏化太阳能电池具有高的光电流密度和转换效率.     

固态染料敏化二氧化钛纳晶薄膜太阳能电池的研究进展

固态染料敏化太阳能电池是目前能源研究的热点领域之一。我们设计并合成了一系列含有不同特性基团(如柔软的高分子链、可现场固化基团和高电导的离子液体基团)的高分子固态电解液应用于染料敏化太阳能电池;同时,结合理论模拟计算得出的二氧化钛纳晶薄膜工作电极和对电极的光散射效应与光限域效应能提高电池的光吸收效率,二氧化钛纳晶薄膜孔隙率的增大能增加固态电解液在膜内的渗透和扩散,对工作电极和对电极进行结构优化可得到高光电转换效率的固态染料敏化太阳能电池。     

无缺陷纳米晶TiO2用于染料敏化太阳电池

以P25为原料,采用水热法制备出以菱形为主的具有完整结构的无缺陷纳米晶TiO2并用于染料敏化太阳电池上。纳米晶直径为12nm左右,比表面积达到112 m2/g。与用P25制成的膜相比,用纳米晶制成的介孔膜能吸附更多的染料和具有更好的光捕获效率。用纳米晶组成的染料敏化太阳电池具有高的光电流密度和转换效率。     

TiO2纳米管薄膜的制备与光学性能研究

用阳极氧化法以NH4F和含水丙三醇作电解液在室温条件下制备TiO2纳米管薄膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）和紫外可见光谱分析（UV-Vis）对纳米管薄膜的结构与性能进行表征,研究阳极氧化电压、退火处理对TiO2纳米管薄膜形貌的影响。研究结果表明：随着阳极氧化电压的增高纳米管直径增大,当阳极氧化电压为70V,80V,90V,100V时制备的纳米管直径为143nm,167nm,191nm,215nm;在阳极氧化电压为100V、退火温度为380℃时制备出的TiO2纳米管薄膜的吸收性能最好,其吸收率在紫外光区达到92%。     

前处理对CdS敏化TiO2纳晶复合半导体电极光电化学性能的影响

将TiO₂纳晶薄膜在尿素及聚乙二醇（PEG）的混合水溶液中进行前处理，并采用连续离子吸附反应技术制备了具有多孔结构的纳米复合CdS/TiO₂薄膜电极。利用表面分析及光电化学方法研究了前处理对复合电极材料的结构、光学及光电化学性能的影响。结果表明，前处理能有效地提高CdS在TiO₂表面的沉积量，在400～500nm处提高了复合电极材料的光吸收效率。光电化学性能结果表明，前处理对复合电极的光电流及光电压没有产生明显的影响，但有效地提高了太阳能电池填充因子，因此有利于提高太阳能电池的光电转换效率。     

Application of upconversion luminescence in dye-sensitized solar cells

An upconversion luminescence powder TiO2:(Er3+,Yb3+) is prepared by a hydrothermal method and used to fabricate dye-sensitized solar cell (DSSC).The TiO2:(Er3+,Yb3+) powder undergoes upconversion luminescence,converting infrared light which the dye can not absorb into visible light with wavelengths of 510-700 nm which the dye can absorb,increasing the photocurrent of the DSSC.TiO2:(Er3+,Yb3+) also acts as a p-type dopant,heightening the Fermi level of the oxide film,which increases the photovoltage of the DSSC.The best performance of the DSSC is found when the ratio of TiO2/luminescence powder is 1/3 in the luminescence layer.Under simulated solar irradiation of 100 mW cm-2 (AM 1.5),the DSSC containing TiO2:(Er3+,Yb3+) doping achieves a light-to-electricity energy conversion efficiency of 7.28% compared with 6.41% for the undoped DSSC.     

Blue TiO2 polymorph: An efficient material for dye-sensitized solar cells fabricated using a low-temperature sintering process

Recently,surface-disordered or non-stoichiometric TiO_2,such as blue TiO_2(B-TiO_2),has received much attention owing to its unique properties,such as structural disorder near the surface and the existence of Ti~(3+)ions and oxygen vacancies.Therefore,surface-disordered TiO_2has been applied for microwave absorption,photocatalysis,in photoelectrochemical sensors and rechargeable lithium-ion batteries.In this work B-TiO_2,a polymorph consisting of nanoparticles,nanotubes and nanosheets,was successfully synthesized and employed as a semiconductor layer in dye-sensitized solar cells(DSSCs)fabricated using a low-temperature heat treatment process(120°C).Based on the analyses of the experimental results regarding the structure and those from the characterization of B-TiO_2,and its application to DSSCs,it has been found that the B-TiO_2 material has an effect on electron-hole pair separation.The conversion efficiency of the B-TiO_2 DSSC(BTiO_2-DSSC)was 6.18%,whereas that of the TiO_2-P25 DSSC(P25-DSSC)was 3.61%,and that of the TiO_2 polymorph DSSC(PTiO_2-DSSC)which is the precursor of B-TiO_2 was 4.51%.     

纳米太阳能电池研究进展

介绍了染料敏化 Ti O2 纳米太阳能电池的结构 (主要包括透明导电基片、纳米Ti O2 薄膜、染料敏化剂、电解液和透明对电极几个部分 )及其工作原理。同时指出了液态电解质的缺陷并提出全固态太阳能电池已成为一个重要研究方向 ,其研究中心是寻找更好的空穴传输材料 ,主要介绍了其中的 p-型半导体、导电聚合物及高分子凝胶电解质等 ,另外也介绍了 Ti O2 纳米晶膜的改进 ,并对纳米太阳能电池的研究进展及其现状进行了综述和展望。     

复合光催化膜MoS2/Ag/TiO2同步降解有机物及产氢的研究

以玻璃纤维膜为基底制备了具有三元结构的新型MoS2/Ag/TiO2光催化膜. 该复合催化剂膜具有多层结构,能够在模拟太阳光和紫外光下进行产氢反应. 该光催化膜可以用于新型的双室光催化反应器中进行同步产氢与有机物降解. 在光催化过程中,氢气在反应器的阴极室产生,而有机物在阳极室进行降解. 当Ag负载量为1wt%, TiO2负载量为160wt%时,MoS2/Ag/TiO2复合催化膜的比产氢速率达到了最大值,在模拟太阳光下为产氢速率为85 mmol·h-1·m-2（产二氧化碳速率为88 mmol·h-1·m-2）,能量转化较率最高可达0.85%,是纯TiO2 的2.3倍;在紫外光下产氢速率为68 mmol·h-1·m-2,是纯TiO2的1.2倍. 在光照下TiO2 和 MoS2同时受光的激发产生光生电子与空穴,由于Ag功函数比TiO2 的功函数低,电子从TiO2导带上转移至Ag再转移到MoS2价带上形成TiO2→Ag→MoS2 的电子传递模式.因此,能更有效的实现电子与空穴的分离,提高产氢的效率.     

A new improved structure of dye-sensitized solar cells with reflection film

DYE-SENSITIZED NANOCRYSTALLINE SOLAR CELLS (DSSC), RECENTLY DEVELOPED BY MICHAEL GR?TZEL[1], HAVE BEEN ATTRACTING CONSIDERABLE ATTENTIONS BECAUSE OF ITS HIGH EFFICIENCY, SIMPLE FABRICATION PROCESS AND LOW FABRICA- TION COST[2]. TYPICAL DSSC[3] IS BASED ON A SANDWICH STRUCTURE, WHICH CONSISTS OF TWO GLASS PLATES WITH A TRANSPARENT CONDUCTING OXIDE (TCO) COATING AS SUBSTRATE. O…     

染料敏化太阳能电池纳晶TiO2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...     

A single TiO2-coated side-glowing optical fiber for photocatalytic wastewater treatment

Progressively more stringent environmental regulations have created a growing demand for developing processes to degrade both gaseous and aqueous contaminants in a more environmental-safe and cost effective manner. In the past decade, TiO2-based photocatalysis has been consid-ered to be a promising candidate for environmental puri-fication applications due to the powerful oxidation strength, chemical stability and nontoxicity of TiO2[1,2]. For continuous use of it in photocatalysis to the rem…     

UV-辐照TiO_2纳米管阵列脱色甲基橙废水研究

在近中性的电解液中,采用恒电压阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列膜催化剂,研究了阳极氧化电压、氧化时间、电解液中氟离子浓度等对二氧化钛纳米管阵列表观形貌的影响,并分析了其晶型.以甲基橙模拟废水为目标物,测试了催化剂的光催化脱色效率.结果表明:催化剂的制备条件影响其表观形貌和晶型,进而影响其光催化效率;本实验制备的TiO2纳米管阵列的孔内径约为30~50 nm,壁厚约20~25 nm;热处理前催化剂为无定形型,550℃下热处理后的催化剂晶型以锐钛矿为主;同直接光解相比,光催化脱色甲基橙废水的效率提高了40%.     

Fabrication of TiO2 nanoparticles/nanorod composite arrays via a two-step method for efficient dye-sensitized solar cells

Ti O2nanoparticles/nanorod composite arrays were prepared on the F-doped tin oxide(FTO)substrate through a two-step method of hydrothermal and d.c.magnetron sputtering.The microstructure and optical properties of the samples were characterized respectively by means of X-ray diffraction(XRD),field-emission scanning electron microscopy(FESEM)and UV–vis spectrometer.The results showed that the Ti O2composite nanorod arrays possess the nature of high surface area for more dye molecule absorption and the strong light scattering effects.The dye sensitized solar cells(DSSCs)based on Ti O2composite nanorod arrays exhibited a 80%improvement in the overall energy conversion efficiency compared with the pure Ti O2nanorod arrays photoanode.     

CdS/TiO2复合纳米管制备和光催化性能的研究

采用阳极氧化法在纯钛箔上制备TiO2纳米管,再通过连续离子层沉积法在TiO2纳米管上沉积CdS粒子,沉积3层CdS后,进行退火处理,退火后再沉积3层CdS.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对纳米管的形貌、物相结构和元素价态等特性进行分析.结果表明:经阳极氧化法制备的TiO2纳米管为锐钛矿结构,随后沉积的CdS同时出现了立方相与六方相晶格结构,400℃退火可以显著增加立方相CdS的结晶程度;纳米管中CdS粒子的直径均小于5 nm,CdS粒子由一大一小2个纳米粒子组成,大粒子由退火过程形成.光催化实验表明:经过退火处理的CdS/TiO2复合纳米管的可见光光催化能力约是未退火样品的3倍,说明退火处理可以有效提高TiO2可见光光催化能力.