染料敏化太阳能电池 从理论基础到技术应用PDF电子书下载

第1章太阳能电池概述 1

1.1太阳能发电研究的背景 1

1.2太阳能电池研究的历史与现状 1

1.3太阳能电池研究的重要意义 3

参考文献 3

第2章光伏原理 4

2.1光伏电池种类 4

2.1.1硅基太阳能电池 4

2.1.2多元化合物薄膜太阳能电池 4

2.1.3有机太阳能电池 5

2.1.4染料敏化太阳能电池 5

2.2半导体基础 5

2.2.1材料的结构与表征 5

2.2.2能带结构 7

2.2.3掺杂与缺陷 8

2.2.4载流子分布与费米能级 9

2.2.5光吸收 10

2.3 PN结基础 12

2.3.1平衡PN结 12

2.3.2异质结 13

2.4太阳能电池基础 14

2.4.1光伏效应 14

2.4.2性能表征 15

2.4.3量子效率 16

2.4.4电池效率及其损失 16

参考文献 18

第3章染料敏化太阳能电池基础 19

3.1染料敏化太阳能电池的发展历史 19

3.2染料敏化太阳能电池的结构 20

3.2.1电解质 20

3.2.2阴极 22

3.3染料敏化太阳能电池基本原理 23

3.4 DSSC的工作模型 24

3.5染料敏化太阳能电池表征技术 24

3.5.1入射单色光子电子转化效率 24

3.5.2I-V曲线 25

3.5.3电化学阻抗谱 27

3.5.4瞬态衰减测试技术 31

3.6太阳能电池效率表 33

参考文献 34

第4章染料敏化太阳能电池机理研究 36

4.1光诱导电子转移过程 36

4.2电极中的电子输运过程 39

4.3界面的复合反应 41

4.4染料的再生过程 43

4.5提高DSSC光电转换效率的方向 45

参考文献 46

第5章染料敏化太阳能电池的测试与评价 49

5.1光电性能评价 49

5.1.1光伏性能测试 49

5.1.2光谱响应测试 51

5.1.3温度系数和稳定性测试 53

5.2电化学性能评价 54

5.2.1伏安法 54

5.2.2电化学阻抗谱 56

5.2.3塔菲尔极化 60

5.2.4光谱电化学 62

5.3光电化学性能评价 63

5.3.1扩散系数和电子寿命 63

5.3.2收集效率和扩散长度 65

5.3.3电子浓度 65

参考文献 66

第6章染料敏化太阳能电池界面调控 69

6.1 DSSC中的界面 69

6.2异质结界面电子复合 70

6.3光阳极界面调控 71

6.3.1核-壳双层结构 71

6.3.2离子取代与掺杂 73

6.3.3表面修饰 74

6.4导电基板界面调控 75

6.4.1导电基板优阳极界面 75

6.4.2导电基板-对电极界面 77

6.5固态或拟固态DSSC界面 79

参考文献 79

第7章染料敏化太阳能电池光阳极材料 82

7.1光阳极材料种类及特点 82

7.2纳米晶光阳极 85

7.2.1氧化钛纳米晶光阳极 85

7.2.2氮掺杂氧化钛光阳极 87

7.2.3金属离子掺杂氧化锌光阳极 88

7.2.4多元氧化物基电极材料 89

7.3纳米结构光阳极 95

7.3.1纳米线光阳极 96

7.3.2纳米管光阳极 97

7.3.3三维多级纳米结构光阳极 100

7.3.4介孔光阳极 101

7.3.5光子晶体光阳极 103

7.4复合光阳极 105

7.4.1核-壳结构光阳极 105

7.4.2基于TiO2纳米颗粒的复合光阳极 106

7.4.3表面等离激元光阳极 108

7.4.4新概念光阳极 109

7.5光阳极材料的发展前景 110

参考文献 110

第8章染料敏化太阳能电池敏化剂 117

8.1染料敏化剂的现状 117

8.2金属配合物染料 118

8.2.1钌系染料 118

8.2.2金属卟啉染料 120

8.2.3金属铂染料 121

8.2.4金属饿配合物染料 122

8.3纯有机染料 122

8.3.1基于三芳胺的D-π-A的有机光敏染料 123

8.3.2基于三芳胺的D-D-π-A的有机光敏染料 125

8.3.3基于三芳胺的D-A-π-A的有机光敏染料 126

8.3.4基于吲哚啉的有机光敏染料 129

8.3.5近红外光敏染料 132

8.4光敏染料发展前景 134

参考文献 135

第9章染料敏化太阳能电池对电极材料 138

9.1概述 138

9.2贵金属对电极材料 139

9.3碳对电极材料 139

9.4类铂对电极材料 141

9.4.1碳化物对电极材料 141

9.4.2氮化物对电极材料 142

9.4.3氧化物对电极材料 142

9.4.4硫化物、硒化物及磷化物对电极材料 144

9.5高分子导电聚合物对电极材料 144

9.6复合对电极材料 146

9.6.1载铂复合对电极 147

9.6.2碳基复合对电极 149

9.6.3聚合物基复合对电极 151

9.7其他类型对电极 156

9.8对电极发展前景展望 157

参考文献 157

第10章染料敏化太阳能电池液态电解质 161

10.1液态电解质概述 161

10.2非碘体系氧化还原电对 162

10.2.1无机氧化还原电对 162

10.2.2金属络合物氧化还原电对 163

10.2.3有机氧化还原电对 165

10.3离子液体电解质 166

10.3.1二元离子液体电解质流动性对电荷传输的影响 168

10.3.2二元离子液体电解质中阴离子的影响和电荷转移动力学 169

10.3.3二元离子液体电解质中阳离子的影响和电荷转移动力学 169

10.3.4非碘体系氧化还原电对在离子液体中的应用 170

10.4液态电解质发展与展望 171

参考文献 172

第11章准固态染料敏化太阳能电池 174

11.1含有机溶剂凝胶电解质的准固态DSSC 174

11.1.1热塑性凝胶电解质 175

11.1.2热固性凝胶电解质 176

11.2含离子液体凝胶电解质的准固态DSSC 178

11.2.1离子液体/小分子胶凝剂凝胶电解质 178

11.2.2离子液体/无机纳米填料凝胶电解质 179

11.2.3离子液体/聚合物凝胶电解质 179

11.3存在的问题 180

11.4前景展望 181

参考文献 181

第12章全固态染料敏化太阳能电池 183

12.1全固态电解质 183

12.2全固态电解质研究进展 183

12.2.1无机P型半导体固态电解质 183

12.2.2空穴导电聚合物材料电解质 185

12.2.3有机小分子空穴传输材料电解质 188

12.2.4离子导电聚合物固态电解质 191

12.2.5离子液体聚合物固态电解质 192

12.2.6其他类型固态电解质 194

12.3展望 194

参考文献 195

第13章叠层结构染料敏化太阳能电池 200

13.1发展叠层染料敏化太阳能电池的历史背景与理论依据 200

13.1.1为什么要发展叠层染料敏化太阳能电池 200

13.1.2设计叠层染料敏化太阳能电池的理论依据 202

13.2 N-N叠层染料敏化太阳能电池 204

13.2.1四电极叠层方案 205

13.2.2三电极叠层方案 206

13.2.3两电极叠层方案 207

13.3 N-P叠层染料敏化太阳能电池 209

13.3.1 P型纳米半导体材料 211

13.3.2 P型DSSC用染料 212

13.3.3 P型DSSC用电解液 214

13.3.4 N-P叠层DSSC 215

13.4染料敏化太阳能电池与其他类型光电转换器件的叠层 216

13.4.1染料敏化太阳能电池与其他类型太阳能电池的 叠层 216

13.4.2染料敏化太阳能电池与温差电池叠层 218

13.4.3染料敏化太阳能电池与光解水叠层制氢系统 219

13.5叠层染料敏化太阳能电池的前景展望 220

参考文献 221

第14章柔性染料敏化太阳能电池 225

14.1聚合物导电基板柔性DSSC 226

14.1.1柔性光阳极 226

14.1.2柔性对电极 227

14.2金属导电基板柔性DSSC 228

14.2.1柔性光阳极 228

14.2.2柔性对电极 230

14.3存在的问题 231

14.4前景展望 231

参考文献 232

第15章单基板染料敏化太阳能电池 234

15.1概述 234

15.2研究进展 236

15.2.1对电极 236

15.2.2间隔层 239

15.2.3全固态染料敏化太阳能电池 240

15.2.4单基板染料敏化太阳能电池模组 245

15.2.5重复性与稳定性 246

15.3存在的问题和解决方案 248

15.4前景展望 249

参考文献 250

第16章量子点敏化太阳能电池 252

16.1量子点基础知识 252

16.1.1什么是量子点 252

16.1.2量子效应 252

16.1.3量子点的特性 253

16.2量子点敏化太阳能电池的结构与工作原理 254

16.3量子点敏化太阳能电池性能评价 256

16.3.1 IPCE在敏化太阳能电池研究中的应用 257

16.3.2其他测试表征方法 258

16.4量子点敏化太阳能电池的关键材料 259

16.4.1 QDSC的光阳极 259

16.4.2量子点敏化太阳能电池的吸光材料 263

16.4.3电解质 269

16.4.4 QDSC的对电极 271

16.5界面处理 273

16.6量子点敏化太阳能电池的发展趋势 274

参考文献 274

第17章染料敏化太阳能电池产业化及应用 279

17.1大面积DSSC的产业化研究进展 279

17.1.1欧美的DSSC产业化研究进展 279

17.1.2亚洲的DSSC产业化研究进展 281

17.2存在的问题 283

17.3前景展望 284

参考文献 284

基金致谢 286