基本信息
- 项目名称：
- 染料敏化太阳能电池的性能改进研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 该作品报道了一系列染料敏化太阳能电池结构改进并对制备的电池性能比较研究，发现自行改进制备出的空心球二氧化钛封装薄膜比商品化的国际承认的P25二氧化钛薄膜阳极的短路电流和开路电压大，光电转换率高，有着良好的应用前景，在技术上的创新性突出。
- 详细介绍：
- 探索了几种改善染料敏化太阳能电池性能的方法，包括：TiO2/ZnO等n-n型和TiO2/NiO n-p型复合半导体氧化物纳晶多孔薄膜光阳极；无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球（PS），以PS胶体晶体为模板，制备反蛋白结构的SnO2/TiO2复合薄膜和TiO2空心球薄膜光阳极；自组装法制备铂纳米粒子薄膜作阴极等。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等方法对所制备的材料进行了表征。将上述电极成功组装成染料敏化太阳能电池，对电池进行了光电化学性能测试，包括光电流-电压曲线、电化学阻抗谱和开路电压衰减曲线等。结果表明：自组装铂薄膜比热解铂膜的催化性能和导电性能好；TiO2/NiO n-p型复合阳极以及SnO2或ZnO与TiO2复合，可增加开路电压；空心球二氧化钛组装薄膜比商品二氧化钛涂敷薄膜阳极的短路电流和开路电压大、光电转换效率高。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：对改善染料敏化太阳能电池性能的不同方法进行探讨,为染料敏化太阳能电池的工业生产提供实验室基础数据。 基本思路：改进染料敏化太阳能电池的光阳极和阴极的制备。
科学性、先进性及独特之处
- 1. 合成聚苯乙烯球模板，组装和制备反蛋白结构的SnO2/TiO2复合薄膜光阳极和TiO2空心球光阳极； 2．利用自组装法制备了铂纳米粒子薄膜阴极； 3．制备TiO2/ZnO n-n型和TiO2/NiO n-p型复合氧化物半导体纳晶多孔薄膜； 4. 用上述方法制备的电极组装成染料敏化太阳能电池，可改善电池的性能，如增大短路电流、开路电压或光电转换效率。
应用价值和现实意义
- 染料敏化太阳能电池成本低、制作简单、生产环节环保，有希望成为广大范围使用的太阳能电池。因其性能尚需进一步改进，目前国内外还没有实现大规模的染料敏化太阳能电池的生产，实验室的研究和性能改进，可为工业生产积累基础数据，具有重要意义。
学术论文摘要
- 探索了几种改善染料敏化太阳能电池性能的方法，包括：TiO2/ZnO等n-n型和TiO2/NiO n-p型复合半导体氧化物纳晶多孔薄膜光阳极；无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球（PS），以PS胶体晶体为模板，制备反蛋白结构的SnO2/TiO2复合薄膜和TiO2空心球薄膜光阳极；自组装法制备铂纳米粒子薄膜作阴极等。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等方法对所制备的材料进行了表征。将上述电极成功组装成染料敏化太阳能电池，对电池进行了光电化学性能测试，包括光电流-电压曲线、电化学阻抗谱和开路电压衰减曲线等。结果表明：自组装铂薄膜比热解铂膜的催化性能和导电性能好；TiO2/NiO n-p型复合阳极以及SnO2或ZnO与TiO2复合，可增加开路电压；空心球二氧化钛组装薄膜比商品二氧化钛涂敷薄膜阳极的短路电流和开路电压大、光电转换效率高。
获奖情况
- 作品在2010年由湖南省化学化工学会举办的第二届湖南省大学生课外化学化工创新作品竞赛中获特等奖。
鉴定结果
- 所获奖项属实
参考文献
- [1] B. O'Regan, M. Grätzel. A low cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films[J]. Nat. 1991, 353(6346): 737-740. [2] X. Hongtu , N. Yuehui, L. Jiaqi, et al. The structural and optical properties of ZnO nanospheres synthesized via solvothermal method[J]. Chin. J. Lumis. 2008, 29(3): 513-518.. [3] J. Bandara, U.W. Pradeep, R.G.S.J. Bandara. The role of n–p junction electrodes minimizing the charge recombination and enhancement of photocurrent and photovoltage in dye sensitized solar cells[J]. J. Photochem. and Photobio. A: Chem. 2005, 170: 273–278. [4] M. Law, L.E. Greene, A. Radenovic, et al. ZnO-Al2O3 and ZnO-TiO2 core-shell nanowire dye-sensitized solar cells [J]. J. Phys. Chem. B, 2006, 110: 22652-22663. [5] Q.B. Meng, C.H. Fu, Y. Einaga, et al. Assembly of highly ordered three-dimensional porous structure with nanocrystalline TiO2 semiconductors[J]. Chem. Master. 2002, 14(01): 83-88.
同类课题研究水平概述
- 国际： 诺贝尔提名奖获得者、欧洲科学院院士、染料敏化太阳能电池发明人、瑞士洛桑联邦理工大学迈克尔•格兰泽尔教授等人作为染料敏化太阳能电池的“鼻祖”，对其工作原理、制备工艺进行了深入的研究，并和相应的企业进行合作开发，在澳大利亚、日本、韩国等国家或地区进行产品试验并在上海世博会设有DSSC的展示平台。 国内： 中国科学院等离子体物理研究所太阳能材料与工程研究室戴松元、长春应用化学研究所的王鹏、大连理工大学精细化工实验室孙立成、马廷丽等人或团队对此课题进行了长期系统的研究，在光阳极材料改性，不同材料和种类光阴极的制作，聚合物和凝胶电解质及电池的机理研究取得了相应的进展。 2010年7月19日至20日，格兰泽尔介观太阳能电池研究中心成立大会及第一届介观太阳能电池国际研讨会（IMSC2010）在武汉光电国家实验室举行。大会由华中科技大学/武汉光电国家实验室主办，由格兰泽尔介观太阳能电池研究中心承办。会议邀请到国内外染料敏化太阳能电池领域著名学者及工业界专家等14名特邀嘉宾做大会报告。
