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通过锰掺杂ZnS钝化层及锌卟啉在改性氧化石墨烯/氮掺杂TiO?光阳极上的共敏化提升量子点敏化太阳能电池的功率转换效率
摘要: 通过提升量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的竞争力,使其获得与其他新兴光伏技术相当的能量转换效率至关重要。本研究探究了氧化石墨烯(GO)、氮元素、锰元素及卟啉化合物对TiO?/CdS/ZnS光阳极基QDSSCs性能的影响。首先,在TiO?中添加GO和氮元素对电池效能产生显著影响——这两种材料均能降低复合速率、增大TiO?比表面积与染料负载量,从而提升电池效率。采用氮掺杂GO光电极的QDSSC最高能量转换效率达2.52%。其次,通过5%和10%重量比的Mn2?掺杂ZnS,成功将电池性能从2.52%大幅提升至3.47%,这可能源于Mn2?离子改善了ZnS钝化层,减少了光注入电子在二氧化钛表面与氧化态染料分子或电解质的复合。但15%重量比的Mn2?掺杂则产生相反效果,略微降低了电池性能。最后采用共敏化法向CdS/ZnS体系引入锌卟啉染料,将光吸收范围扩展至近红外区(>700 nm),从而提高短路电流密度(JSC)和电池效率。通过在QDSSC结构中引入环境友好的卟啉化合物,电池效率显著提升至4.62%,较未包覆卟啉的TiO?/CdS/ZnS光电极结果高出40%。
关键词: 氧化石墨烯,氮掺杂,锰掺杂,量子点敏化太阳能电池,共敏化,锌卟啉,功率转换效率
更新于2025-09-23 15:21:01
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利用9,9'-联蒽基染料作为共敏化剂研究染料敏化太阳能电池的光伏性能
摘要: 本文报道了两种有趣的无金属有机共敏化剂,它们以芴或咔唑为给体骨架,通过9,9'-联蒽π桥与氰基丙烯酸相连。这些有机染料具有特殊的扭曲结构,其吸收光谱与主染料MK-3互补。我们详细研究了这两种共敏化剂的光物理、电化学及光伏性能。值得注意的是,当相同浓度的MK-3染料与不同浓度的LD2共敏化时,器件性能未呈现线性变化,最佳光伏性能出现在使用0.2 mM MK-3和0.04 mM LD2配制的敏化器件中。该器件展现出6.47%的功率转换效率(PCE),短路电流密度(Jsc)为14.54 mA cm?2,开路电压(Voc)为0.653 V,填充因子(FF)为0.681。这些结果为共敏化方法优化器件提供了参考,即选择合适的共敏化剂及浓度可能是关键因素之一。
关键词: 共敏化、分子聚集、9,9'-联蒽、染料敏化太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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高效上转换与光散射双功能LiYF<sub>4</sub>:Er<sup>3+</sup>/Yb<sup>3+</sup>辅助光电极用于高性能共敏化染料敏化太阳能电池
摘要: 将近红外(NIR)光子转化为可见光能显著提升染料敏化太阳能电池(DSSCs)的性能。本研究通过将LiYF4:Er3+/Yb3+引入光电极,揭示了其在DSSCs中兼具上转换材料(UC)和光散射材料的双重功能。采用简便的水热法制备LiYF4:Er3+/Yb3+粉末后,通过旋涂工艺将其悬浮液沉积于光电极表面。该研究采用N719与方酸菁SPSQ2染料对光电极进行共敏化处理。结合LiYF4:Er3+/Yb3+的双重功能与染料共敏化技术,所制备的DSSC实现了10.53%的创纪录光电转换效率(PCE)。该材料使光电极DSSC展现出优异的短路电流密度(Jsc=22.16 mA/cm2)、开路电压(Voc=0.66 V)和填充因子(FF=0.72)。本研究首次尝试将具有双重功能且经共敏化的材料嵌入光电极,通过上转换机制利用低能光子,并通过染料共敏化过程增强对红光波段(吸收带630-700 nm)的吸收。
关键词: 染料敏化太阳能电池、LiYF4:Er3+/Yb3+、方酸菁染料、共敏化、高性能、双功能上转换器
更新于2025-09-23 15:19:57
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InSb量子点共敏化对提高CdS基量子点敏化太阳能电池光转换效率的影响
摘要: 研究了CdS与InSb量子点(QDs)共敏化对量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)效率提升的影响。采用金属铟颗粒和三氯化锑为前驱体,通过简易溶剂热法合成了InSb量子点。透射电镜图像显示其平均粒径小于25纳米。以InSb QDs作为敏化层的QDSSC光电转换效率(PCE)为0.8%。而当TiO2光阳极同时负载InSb QDs与CdS QDs进行共敏化时,QDSSC的PCE提升至4.94%,显著高于CdS单敏化电池(3.52%)。InSb QD层通过拓宽光吸收范围并减少光谱重叠来增强光捕获能力,同时抑制表面缺陷以降低复合损失。因此,共敏化的TiO2/CdS/InSb QDSSC展现出4.94%的显著提升效率,较TiO2/CdS基电池(3.52%)提高40%,这归因于改善的光吸收特性与降低的复合损失。
关键词: 量子点敏化太阳能电池、共敏化、光电转换效率、硫化镉、铟锑量子点
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于含两个互补组分的协同伴生染料的高效太阳能电池:共敏化的替代方法
摘要: 为实现全色吸收以构建高效染料敏化太阳能电池(DSSCs),采用两种具有互补吸收特性的染料共敏化方法已取得显著成功。然而该方法通常需要耗时优化多个参数来控制两种共吸附染料在TiO?薄膜上的比例与分布,从而限制了该策略的潜力。本研究报道了一种通过设计共价连接双互补染料组分的"协同伴生染料"来开发高效DSSCs的新途径。我们将新合成的有机染料Z2与近期报道的双束缚卟啉染料XW51通过不同长度的柔性链连接,制备出XW60-XW63系列染料。这些染料展现出8.8%-11.7%的优异吸收效率范围。值得注意的是,当与鹅去氧胆酸(CDCA)共吸附时,XW61实现了12.4%的卓越效率——据我们所知,这是碘电解质基DSSCs的最高纪录。此外,这些染料还具有制程简便、优化简单及优异光稳定性的优势。
关键词: 染料敏化太阳能电池、光伏性能、协同伴生染料、共敏化、全色吸收
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过钌(II)基N749染料与有机敏化剂RK1共敏化提升染料敏化太阳能电池的性能
摘要: 本研究报告旨在通过共敏化方法提升染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光伏性能,并探究有机共敏化剂浓度对所制备电池整体效率的影响。采用钌(II)基染料N749与有机敏化剂RK1的共敏化方案时,电池整体效率达8.15%。通过紫外-可见光谱、电化学阻抗谱(EIS)、入射光子-电子转换效率(IPCE)及电流-电压(I-V)特性对电池进行评估。有机共敏化剂浓度对DSSC性能具有显著影响:当RK1浓度为0.2 mM、N749浓度为0.3 mM时,标准光照条件(AM1.5G,100 mW/cm2)下测得最佳参数:短路电流密度Jsc=19.45 mA/cm2,开路电压Voc=688 mV,填充因子FF=61%,功率转换效率PCE=8.15%。该共敏化电池效率显著优于单一染料敏化电池[N749(4.94%)和RK1(5.76%)]。效率提升源于共敏化体系中电子-空穴复合速率降低、I?/I??竞争吸收减弱以及染料聚集程度下降的协同效应。
关键词: 共敏化、效率、钌(II)基染料(N749)、光伏、有机敏化剂(RK1)、染料敏化太阳能电池(DSSC)
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过具有级联能量结构的双敏化剂将环保型量子点敏化太阳能电池的性能提升至超过13%的效率
摘要: 通常,高光捕获效率、电子注入效率和电荷收集效率是实现高效量子点敏化太阳能电池(QDSCs)的先决条件。然而,单一量子点敏化剂很难同时满足这三项要求。研究表明,通过采用环保型Zn-Cu-In-Se和Zn-Cu-In-S双量子点敏化剂并利用级联能级结构,采用共敏化策略可以巧妙平衡这些参数。实验结果表明:i) 双量子点组合能提升电池的光捕获能力,尤其在可见光波段;ii) 共敏化方法得益于所用两种量子点敏化剂的级联能级结构,有助于促进电子注入;iii) 由于TiO2表面量子点覆盖度提高,抑制了电荷复合过程,从而显著增强电荷收集效率。由此,该共敏化策略使液态结QDSCs在AM 1.5G 1太阳光照下创造了12.98%的新认证效率纪录。此外,所构建电池在高湿度环境下表现出良好稳定性。
关键词: 环保太阳能电池、量子点敏化太阳能电池、共敏化
更新于2025-09-19 17:13:59
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螺[芴-9,9'-菲]-10'-酮作为D-A-π-A染料在单太阳光和室内光照条件下染料敏化太阳能电池的辅助受体
摘要: 合成了六种以螺[芴-9,9'-菲]-10'-酮为辅助受体的新型有机染料(RY1~RY6),并有效用于制备D-A-π-A型染料敏化太阳能电池(DSSCs)。通过在给体与π桥之间引入新型螺[芴-9,9'-菲]-10'-酮辅助受体基团对分子结构进行修饰。该设计可增强分子刚性(抑制分子间聚集),且羰基能捕获Li+离子以延缓电荷复合。研究发现,在无DCA共沉积条件下,敏化剂RY3在AM1.5太阳光(6.30%)和TL84(2500 lux)光照(21.67%)下均表现出显著的光捕获效率。进一步优化显示,通过N719与RY3的适当共敏化,在标准太阳光(AM 1.5)下可实现8.55%的更高效率;而在室内光照条件下,1000 lux和2500 lux照度分别获得25.57%和27.04%的效率提升。N719与RY3共敏化的高性能源于高表面覆盖率和更宽的吸收波长范围。稳定性测试表明,在未封装的空气中,N719与RY3共敏化器件经96小时运行后PCE仅温和衰减3.74%,336小时后仍保持原始PCE的84.49%。
关键词: 螺[芴-9,9'-菲]-10'-酮,共敏化,室内光下高性能,染料敏化太阳能电池
更新于2025-09-19 17:13:59
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靛蓝与指甲花醌共敏化甜菜碱太阳能电池的性能增强:一项对比研究
摘要: 共敏化是通过提升太阳能光谱范围内的光捕获效率来增强太阳能电池性能的重要策略。甜菜碱是一种天然染料,可吸收入射太阳光谱主要部分(绿光区)的光线,是染料敏化太阳能电池中应用效率最高的天然色素。本研究通过采用两种具有互补光吸收特性的天然色素(分别吸收太阳光谱红光区和蓝光区的靛蓝与指甲花醌)对甜菜碱太阳能电池进行共敏化处理,探究其性能提升效果?;诿芏确汉砺?DFT)模拟计算得出的色素分子最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占分子轨道(LUMO)能级,证实其与二氧化钛半导体导带能级及I?/I3 ?电解质还原电位能级具有最佳匹配关系——这是实现器件最优性能的必要条件。实验显示指甲花醌太阳能电池性能更优,平均效率达0.311±0.034%,显著高于靛蓝太阳能电池的0.060±0.004%。通过对比甜菜碱分别与靛蓝、指甲花醌共敏化的电池性能发现:甜菜碱/指甲花醌共敏化电池平均效率达0.793±0.021%,高于甜菜碱/靛蓝共敏化电池的0.655±0.019%。相较于纯甜菜碱电池,甜菜碱/靛蓝电池效率提升11.7%,而甜菜碱/指甲花醌电池效率提升更显著(25.5%)。电化学阻抗谱研究表明,效率提升源于甜菜碱/指甲花醌共敏化电池具有更长的电子寿命(313.8毫秒),显著长于甜菜碱/靛蓝电池的291.4毫秒。DFT研究显示,这归因于指甲花醌比靛蓝具有更优的能级匹配度,且靛蓝缺乏偶极矩,使得指甲花醌体系能实现更高效的电荷分离与转移。
关键词: DFT模拟、靛蓝、电化学阻抗谱、染料敏化太阳能电池、共敏化、甜菜碱、散沫花醌
更新于2025-09-12 10:27:22
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高性能固态太阳能电池,结合硫化镉量子点与甲胺铅碘钙钛矿材料
摘要: 自2012年以来,卤化铅钙钛矿CH3NH3PbX3(X=Cl、Br或I)因其优异的结构、光学和电子特性以及在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的应用而成为研究热点。PSCs作为新一代第三代光伏技术,具有低成本、易制备且功率转换效率(PCEs)超过23%的优势,对硅基器件构成挑战。本研究描述了一种新型溶液法制备的PSC结构:FTO/TiO2(CL)/mp-TiO2/CdS/钙钛矿/Spiro-MeOTAD/Ag,采用量子点(QDs)与钙钛矿材料的共敏化策略。这种新电池架构提升了器件性能与特性,并为固态量子点电池的开发提供了可能。
关键词: 量子点太阳能电池、硫化镉、共敏化、钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-12 10:27:22