《染料敏化太陽電池》從可再生能源及光伏太陽電池應用的角度出發(fā)，闡述染料敏化太陽電池研發(fā)的必然性和重要性，介紹太陽電池中光電轉(zhuǎn)換的基本原理和物理化學過程。基于染料敏化太陽電池近二十年來的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，詳細介紹了與染料敏化太陽電池有關的全部內(nèi)容，具體涉及染料敏化太陽電池結(jié)構、工作原理、納米半導體材料研究、電荷傳輸、電池制作、電池模擬計算、電池標準測試及其相關的技術。《染料敏化太陽電池》最重要的且不同于以前出版的同類書籍的內(nèi)容，主要是詳細闡述了染料敏化太陽電池中存在的多處界面光電化學過程和電荷傳輸與復合動力學，以及相關技術研究手段在電子傳輸機理上的作用和輸出特性。從電荷傳輸和復合動力學過程、關鍵材料研究以及電池結(jié)構優(yōu)化設計等方面，講述了高效染料敏化太陽電池制作的方法和技術途徑。最后對大面積高效染料敏化太陽電池的研發(fā)和規(guī)模化應用進行了介紹與展望。
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目錄
《納米科學與技術》叢書序
PREFACE
序
序言
前言
第1章 導論 1
1.1 太陽電池發(fā)展概況 1
1.1.1 太陽電池發(fā)展簡史 1
1.1.2 太陽電池發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.1.3 太陽電池應用概況 3
1.2 太陽電池分類及其應用簡介 6
1.2.1 太陽電池分類 6
1.2.2 太陽電池組件分類及其應用 7
1.2.3 硅基太陽電池 8
1.2.4 CdTe太陽電池 11
1.2.5 CIGS太陽電池 14
1.2.6 染料敏化太陽電池 16
1.2.7 聚合物太陽電池 19
1.2.8 量子點太陽電池 21
1.2.9 其他類新型太陽電池 21
1.3 染料敏化太陽電池 22
1.3.1 染料敏化太陽電池發(fā)展歷程 22
1.3.2 染料敏化太陽電池研究現(xiàn)狀 25
1.3.3 染料敏化太陽電池技術特點 29
1.3.4 染料敏化太陽電池應用前景 30
參考文獻 31
第2章 納米半導體材料 35
2.1 納米半導體材料在DSC中的應用 35
2.1.1 納米半導體多孔薄膜的作用 35
2.1.2 納米半導體多孔薄膜昀制備方法 37
2.2 DSC中常用的納米半導體材料 40
2.2.1 二氧化鈦 40
2.2.2 氧化鋅 44
2.2.3 氧化錫 46
2.2.4 其他半導體材料 46
2.3 新型納米結(jié)構材料在電池上的應用 47
2.3.1 一維納米材料 47
2.3.2 三維納米TiO2多孔薄膜 59
2.4 TiO2薄膜的能級結(jié)構 61
2.4.1 半導體電極的平帶電勢 61
2.4.2 半導體電極平帶電勢的測量方法 63
2.4.3 測試條件對平帶電勢的影響 67
2.4.4 不同微結(jié)構薄膜電極的能級結(jié)構 72
2.5 納米半導體電極修飾 86
2.5.1 表面物理化學修飾 86
2.5.2 元素摻雜 88
2.5.3 其他摻雜修飾 92
2.6 電極結(jié)構優(yōu)化設計 92
2.6.1 小顆粒致密層的引入 92
2.6.2 納米TiO2多孔薄膜層的作用 95
2.6.3 大顆粒TiO2薄膜層的光散射效應 96
2.6.4 大面積納米多孔薄膜電極的微結(jié)構設計 99
2.7 p型光陰極敏化染料太陽電池 103
2.7.1 p型光陰板敏化染料太陽電池原理 103
2.7.2 p型半導體 104
2.7.3 其他p型半導體 106
參考文獻 106
第3章 染料敏化太陽電池用染料敏化劑 115
3.1 導論 115
3.1.1 染料敏化劑的作用 115
3.1.2 染料敏化劑的分類 116
3.1.3 染料敏化劑的結(jié)構及分子設計 117
3.1.4 染料敏化劑相關量化計算 117
3.2 陽極敏化電池用染料敏化劑 119
3.2.1 無機染料敏化劑 119
3.2.2 多吡啶染料合成及性質(zhì) 138
3.2.3 羧酸多吡啶釕染料的性質(zhì) 140
3.2.4 染料分子結(jié)構對染料性能的影響 143
3.2.5 羧酸多吡啶釕染料與納晶半導體薄膜的結(jié)合方式 150
3.2.6 有機染料敏化劑 152
3.3 多染料協(xié)同敏化 163
3.4 陰極敏化電池用染料敏化劑 164
3.4.1 陰極敏化電池敏化劑的結(jié)構特性 164
3.4.2 陰極敏化電池敏化劑研究進展 165
參考文獻 166
第4章 染料敏化太陽電池用電解質(zhì) 176
4.1 電解質(zhì)的分類 176
4.1.1 有機溶劑電解質(zhì) 177
4.1.2 離子液體電解質(zhì) 178
4.1.3 準固態(tài)電解質(zhì) 190
4.1.4 全固態(tài)電解質(zhì) l96
4.2 電解質(zhì)中的氧化還原電對 202
4.2.1 I/I3電對 202
4.2.2 非碘氧化還原電對 206
4.3 電解質(zhì)中的添加劑 208
4.3.1 添加劑的作用原理 209
4.3.2 添加劑的分類 211
4.3.3 添加劑的研究進展 214
參考文獻 218
第5章 染料敏化太陽電池對電極 230
5.1 對電極及制備方法 230
5.1.1 Pt對電極 230
5.1.2 碳對電極 232
5.1.3 其他對電極材料 234
5.1.4 柔性DSC的對電極 238
5.2 對電極表面的氧化還原反應 238
5.2.1 對電極氧化還原反應原理 239
5.2.2 對電極反應的表征方法 240
參考文獻 248
第6章 染料敏化太陽電池界面光電化學 253
6.1 固／固接觸界面 253
6.1.1 固／固接觸界面性質(zhì) 253
6.1.2 DSC中固／固接觸界面構成 258
6.1.3 DSC中固／固接觸界面性質(zhì) 258
6.2 固／液接觸界面 260
6.2.1 固／液接觸界面性質(zhì) 260
6.2.2 DSC中固／液接觸界面構成 263
6.2.3 DSC中固／液接觸界面性質(zhì) 263
6.3 頻率域內(nèi)接觸界面動力學過程 265
6.3.1 時間域與頻率域過程 265
6.3.2 接觸界面動力學過程測量方法 265
6.3.3 調(diào)制電壓下接觸界面動力學過程 268
6.3.4 調(diào)制光作用下接觸界面動力學過程 289
6.3.5 阻抗譜與IMPS區(qū)別 305
6.4 界面電子注入過程 310
6.4.1 TiO2能帶形成及與染料的耦合 310
6.4.2 光生電子的產(chǎn)生與注入動力學 312
6.5 光生電子的傳輸動力學 314
6.6 光生電子的收集動力學 316
6.7 光生電子的復合動力學 317
6.7.1 I3/I氧化還原對的動力學特性 317
6.7.2 光生電子復合位置 317
6.7.3 光生電子復舍機理 318
6.7.4 局域態(tài)對復合過程的影響 319
6.8 光生電子傳輸與復合過程的相互限制 320
6.9 TiO2導帶邊移動與表面鈍化 322
6.10 接觸界面特性對動力學的影響 322
6.10.1 兩相接觸界面電學特性對動力學的影響 322
6.10.2 三相接觸界面電學特性對動力學的影響 328
6.10.3 不同電解質(zhì)環(huán)境中染料TiO2／EL界面修飾對動力學的影響 337
6.11 接觸界面光學特性對動力學的影響 344
6.12 不同染料分布條件對動力學的影響 346
參考文獻 350
第7章 染料敏化太陽電池結(jié)構設計與模擬 364
7.1 染料敏化太陽電池的工作原理 364
7.2 染料敏化太陽電池性能參數(shù) 365
7.2.1 短路電流 365
7.2.2 開路電壓 366
7.2.3 填充因子 366
7.2.4 光電轉(zhuǎn)換效率 366
7.3 大面積染料敏化太陽電池結(jié)構設計 367
7.4 大面積染料敏化太陽電池性能模擬 369
7.4.1 光吸收及電子傳輸 369
7.4.2 DSC電荷傳輸 379
參考文獻 394
第8章 染料敏化太陽電池性能測試及組件應用 397
8.1 染料敏化太陽電池光伏性能測試 397
8.1.1 大氣質(zhì)量與太陽光譜 397
8.1.2 染料敏化太陽電池的測試參數(shù) 398
8.1.3 染料敏化太陽電池的測試原理 400
8.1.4 染料敏化太陽電池的測試標準 402
8.1.5 染料敏化太陽電池光伏性能的多通道實時監(jiān)測 403
8.1.6 測試環(huán)境對染料敏化太陽電池光伏性能的影響 405
8.2 染料敏化太陽電池組件的應用 408
8.2.1 獨立光伏陣列的應用與技術 408
8.2.2 建筑一體化的應用與設計 414
8.2.3 光伏農(nóng)業(yè)一體化的應用 416
參考文獻 417
附錄 縮略語 419
索引 421
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