水电解质pH值的调控及其对p型染料敏化太阳能电池光电性能的影响和机理研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51502224
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
- 结题年份:2018
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2018-12-31
- 项目参与者:田守勤; 熊德华; 谢欢; 龚风丛; 常海梅;
- 关键词:
项目摘要
The study of p-type dye-sensitized solar cells (p-DSCs) is of great importance for pn-DSCs which has theoretical energy conversion efficiency of 43%. However, up till now, these p-DSCs have been fabricated with liquid electrolytes using organic solvents. Such solvents have the potential disadvantages of high vapor pressure and, more importantly, are not environmentally friendly. Water as an earth-abundant resource and clean solvent is ideal for the preparation of the electrolytes. Based on the above reasons, we intend to introduce [Co(en)3]2+/3+ as redox couple into the preparation of aqueous electrolytes, in conjugation with two types of p-type working electrodes (NiO and CuCrO2) for the fabrication of p-DSCs. By adjusting pH of the electrolytes, we are able to optimize the flatband potential of the semiconductor working electrodes as well as the redox potential of the electrolytes, and eventually, the energy conversion efficiency and the stability of the p-DSCs. Moreover, we will study the mechanism of the hole recombination (either with reduced species in the electrolyte or with the reduced dye) at the interface between the working electrode and the aqueous electrolyte. This study will provide theoretical explanations for p-DSCs with good performance and stability.
p型染料敏化太阳能电池(p-DSCs)的研究对于大幅度提高叠层电池的光电转化效率(理论值为43%)具有非常重要的意义。可是目前看来,不仅关于p-DSCs的研究比较少,而且所研究的p-DSCs中仍旧使用了有毒、易燃并且易挥发的有机溶剂作为电解质溶剂。水具有无毒、低挥发、不燃烧、廉价易得等的优点,以它来代替有机溶剂可以缓解目前国内尤为迫切需要解决的环境污染问题。本项目针对环保和提高光电转换效率两方面的问题,将[Co(en)3]2+/3+氧化还原电对引入到水电解质的制备中,并采用两类不同的p型工作电极材料(NiO型和CuCrO2型)组装成DSCs。通过改变水电解质的pH值来调节半导体的平带电位和电解质的氧化还原电位,以此来优化太阳能电池的光电转换效率和稳定性。研究不同pH值对器件中工作电极/电解质界面处光生空穴的复合机制和影响规律,为高性能稳定性好的p型水DSCs提供理论指导。
结项摘要
染料敏化太阳能电池经过近20年的发展已经达到13%以上的光电转换效率,其制备方法简单,价格低廉等特点使其具有与硅电池竞争的优势。但是其中所使用的电解质是溶解在有机溶剂中的,这些有机溶剂易挥发并且有毒,针对这一问题,我们采用水来代替有机溶剂制备水系染料敏化太阳能电池,对于环境保护来说有至关重要的意义。在本项目中,我们开发了基于水电解质的p型染料敏化太阳能电池。制备出可溶于水的钴氧化还原电对,并采用目前性能最好的p型染料PMI-6T-TPA作为光敏剂制备p型染料敏化太阳能电池。通过改变电解液的pH值可以有效调节电解液的氧化还原电位以及半导体的价带电位,二者将决定电池的开路电压。经过优化后的最佳pH值为10,与之对应的光电转换效率达到1.6%,该值高于使用同一氧化还原电对的有机电解质的太阳能电池。稳定性的测试结果表面,当电解液pH值为10时,p型水系染料敏化太阳能电池可以在10天之内保持90%以上,而在20天之后衰减的较为明显,开发对水稳定的染料将是其中一个解决方案。而对于电解液与工作电极界面的电荷复合来说,通过电化学阻抗谱的分析表明电荷收集效率起着决定作用,因此如何改善界面处的电荷复合是提高器件光电性能的关键,对工作电极表面的钝化改性是其中一个解决方案。本项目部分研究结果在 Journal of Materials Chemistry A, Green Chemistry, ChemSusChem, Electrochimica Acta, Solar Energy, Current Opinion in Electrochemistry等国际著名SCI期刊文章10篇,申请专利一项。本项目的研究结果对于制备高效叠层水电解质染料敏化太阳能电池具有指导意义。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
High efficiency solid-state dye-sensitized solar cells using a cobalt(II/III) redox mediator
使用钴(II/III)氧化还原介体的高效固态染料敏化太阳能电池
- DOI:10.1039/c7tc00994a
- 发表时间:2017
- 期刊:Journal of Materials Chemistry C
- 影响因子:6.4
- 作者:Zhang Xiao Li;Huang Wenchao;Gu Anna;Xiang Wanchun;Huang Fuzhi;Guo Zheng Xiao;Cheng Yi-Bing;Spiccia Leone
- 通讯作者:Spiccia Leone
Phase stabilization of all-inorganic perovskite materials for photovoltaics
光伏用全无机钙钛矿材料的相稳定
- DOI:10.1016/j.coelec.2018.10.009
- 发表时间:2018-10
- 期刊:Current opinion in electrochemistry
- 影响因子:8.5
- 作者:向万春;Anders Hagfeldt
- 通讯作者:Anders Hagfeldt
Enhance photovoltaic performance of tris(2,20-bipyridine) cobalt(II)/(III) based dye-sensitized solar cells via modifying TiO2 surface with metalorganic frameworks
通过金属有机框架修饰TiO2表面增强三(2,20-联吡啶)钴(II)/(III)基染料敏化太阳能电池的光伏性能
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:Solar Energy
- 影响因子:6.7
- 作者:向万春;Anna Gu;Taishan Wang;Shaoxuan Gu;Xiujian Zhao
- 通讯作者:Xiujian Zhao
Carbon black/silicon nitride nanocomposites as high-efficiency counter electrodes for dye-sensitized solar cells
炭黑/氮化硅纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池的高效对电极
- DOI:10.1039/c8nj00398j
- 发表时间:2018-07-21
- 期刊:NEW JOURNAL OF CHEMISTRY
- 影响因子:3.3
- 作者:Ahmed, Abdelaal S. A.;Xiang, Wanchun;Zhao, Xiujian
- 通讯作者:Zhao, Xiujian
Yolk-shell m-SiO2@ Nitrogen doped carbon derived zeolitic imidazolate framework high efficient counter electrode for dye-sensitized solar cells
蛋黄壳m-SiO2@氮掺杂碳衍生沸石咪唑酯骨架染料敏化太阳能电池高效对电极
- DOI:10.1016/j.electacta.2018.09.150
- 发表时间:2018-12-01
- 期刊:ELECTROCHIMICA ACTA
- 影响因子:6.6
- 作者:Ahmed, Abdelaal. S. A.;Xiang, Wanchun;Zhao, Xiujian
- 通讯作者:Zhao, Xiujian
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