纳米科学与技术：染料敏化太阳电池

图书标准信息

• 作者 戴松元、刘伟庆、闫金定 著
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2014-07
• 版次 1
• ISBN 9787030408143
• 定价 138.00元
• 装帧 精装
• 开本 32开
• 纸张 胶版纸
• 页数 448页
• 正文语种 简体中文
• 丛书 纳米科学与技术

【内容简介】

　　《染料敏化太阳电池》从可再生能源及光伏太阳电池应用的角度出发，阐述染料敏化太阳电池研发的必然性和重要性，介绍太阳电池中光电转换的基本原理和物理化学过程。基于染料敏化太阳电池近二十年来的研究和发展现状，详细介绍与染料敏化太阳电池有关的各方面内容；具体涉及染料敏化太阳电池结构、工作原理、纳米半导体材料研究、电荷传输、电池制作、电池模拟计算、电池标准测试及其相关的技术。《染料敏化太阳电池》最重要且不同于已有同类书籍的内容，主要是详细阐述染料敏化太阳电池中存在的多处界面光电化学过程和电荷传输与复合动力学，以及相关技术研究手段在电子传输机理上的作用和输出特性。从电荷传输和复合动力学过程、关键材料研究以及电池结构优化设计等方面，阐释高效染料敏化太阳电池制作的方法和技术途径。最后对大面积高效染料敏化太阳电池的研发和规模化应用进行介绍与展望。

【作者简介】

　　戴松元教授，博士生导师，国家“973”计划首席科学家（2006～2010年，2011～2015年），华北电力大学可再生能源学院院长，中国科学院等离子体物理研究所特聘研究员，中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室主任；中国科学院能源研究委员会委员，国际光化学转换与太阳能存储大会（IPS）国际委员会委员（2012～2016年），亚太地区DSC&OPV国际委员会委员。荣获2005年度上海国际工业博览会创新奖，2007年度第八届安徽青年科技奖，2012年度中国可再生能源学会科学技术奖二等奖和2013年度“中国光伏成就奖”。是国际上较早从事染料敏化太阳电池基础研究和实用化研究的学者，，就材料微观结构与电池性能影响的关联机制展开系统性研究，创造性地开展实用化电池组件光、电和热性能研究，基本解决了电池老化和性能衰减难题。建立国内第1条染料敏化太阳电池实验生产线及首座500W示范电站系统。2012年成功开发了具有国际先进水平的成套制备工艺技术和设备，完成0.5MW中试生产线建设，建立5kW示范系统，为国内染料敏化太阳电池产业化奠定坚实基础。发表学术论文200余篇，已授权国家发明专利近20项。

【目录】

《纳米科学与技术》丛书序

PREFACE

序

序言

前言

第1章导论1

1.1太阳电池发展概况1

1.1.1太阳电池发展简史1

1.1.2太阳电池发展现状3

1.1.3太阳电池应用概况3

1.2太阳电池分类及其应用简介6

1.2.1太阳电池分类6

1.2.2太阳电池组件分类及其应用7

1.2.3硅基太阳电池8

1.2.4CdTe太阳电池11

1.2.5CIGS太阳电池14

1.2.6染料敏化太阳电池16

1.2.7聚合物太阳电池19

1.2.8量子点太阳电池21

1.2.9其他类新型太阳电池21

1.3染料敏化太阳电池22

1.3.1染料敏化太阳电池发展历程22

1.3.2染料敏化太阳电池研究现状25

1.3.3染料敏化太阳电池技术特点29

1.3.4染料敏化太阳电池应用前景30

参考文献31

第2章纳米半导体材料35

2.1纳米半导体材料在DSC中的应用35

2.1.1纳米半导体多孔薄膜的作用35

2.1.2纳米半导体多孔薄膜的制备方法37

2.2DSC中常用的纳米半导体材料40

2.2.1二氧化钛40

2.2.2氧化锌44

2.2.3氧化锡46

2.2.4其他半导体材料46

2.3新型纳米结构材料在电池上的应用47

2.3.1一维纳米材料47

2.3.2三维纳米TiO2多孔薄膜59

2.4TiO2薄膜的能级结构61

2.4.1半导体电极的平带电势61

2.4.2半导体电极平带电势的测量方法63

2.4.3测试条件对平带电势的影响67

2.4.4不同微结构薄膜电极的能级结构72

2.5纳米半导体电极修饰86

2.5.1表面物理化学修饰86

2.5.2元素掺杂88

2.5.3其他掺杂修饰92

2.6电极结构优化设计92

2.6.1小颗粒致密层的引入92

2.6.2纳米TiO2多孔薄膜层的作用95

2.6.3大颗粒TiO2薄膜层的光散射效应96

2.6.4大面积纳米多孔薄膜电极的微结构设计99

2.7p型光阴极敏化染料太阳电池103

2.7.1p型光阴极敏化染料太阳电池原理103

2.7.2p型半导体104

2.7.3其他p型半导体106

参考文献106

第3章染料敏化太阳电池用染料敏化剂115

3.1导论115

3.1.1染料敏化剂的作用115

3.1.2染料敏化剂的分类116

3.1.3染料敏化剂的结构及分子设计117

3.1.4染料敏化剂相关量化计算117

3.2阳极敏化电池用染料敏化剂119

3.2.1无机染料敏化剂119

3.2.2多吡啶染料合成及性质138

3.2.3羧酸多吡啶钌染料的性质140

3.2.4染料分子结构对染料性能的影响143

3.2.5羧酸多吡啶钌染料与纳晶半导体薄膜的结合方式150

3.2.6有机染料敏化剂152

3.3多染料协同敏化163

3.4阴极敏化电池用染料敏化剂164

3.4.1阴极敏化电池敏化剂的结构特性164

3.4.2阴极敏化电池敏化剂研究进展165

参考文献166

第4章染料敏化太阳电池用电解质176

4.1电解质的分类176

4.1.1有机溶剂电解质177

4.1.2离子液体电解质178

4.1.3准固态电解质190

4.1.4全固态电解质196

4.2电解质中的氧化还原电对202

4.2.1I-/I-3电对202

4.2.2非碘氧化还原电对206

4.3电解质中的添加剂208

4.3.1添加剂的作用原理209

4.3.2添加剂的分类211

4.3.3添加剂的研究进展214

参考文献218

第5章染料敏化太阳电池对电极230

5.1对电极及制备方法230

5.1.1Pt对电极230

5.1.2碳对电极232

5.1.3其他对电极材料234

5.1.4柔性DSC的对电极238

5.2对电极表面的氧化还原反应238

5.2.1对电极氧化还原反应原理239

5.2.2对电极反应的表征方法240

参考文献248

第6章染料敏化太阳电池界面光电化学253

6.1固/固接触界面253

6.1.1固/固接触界面性质253

6.1.2DSC中固/固接触界面构成258

6.1.3DSC中固/固接触界面性质258

6.2固/液接触界面260

6.2.1固/液接触界面性质260

6.2.2DSC中固/液接触界面构成263

6.2.3DSC中固/液接触界面性质263

6.3频率域内接触界面动力学过程265

6.3.1时间域与频率域过程265

6.3.2接触界面动力学过程测量方法265

6.3.3调制电压下接触界面动力学过程268

6.3.4调制光作用下接触界面动力学过程289

6.3.5阻抗谱与IMPS区别305

6.4界面电子注入过程310

6.4.1TiO2能带形成及与染料的耦合310

6.4.2光生电子的产生与注入动力学312

6.5光生电子的传输动力学314

6.6光生电子的收集动力学316

6.7光生电子的复合动力学317

6.7.1I-3/I-氧化还原对的动力学特性317

6.7.2光生电子复合位置317

6.7.3光生电子复合机理318

6.7.4局域态对复合过程的影响319

6.8光生电子传输与复合过程的相互限制320

6.9TiO2导带边移动与表面钝化322

6.10接触界面特性对动力学的影响322

6.10.1两相接触界面电学特性对动力学的影响322

6.10.2三相接触界面电学特性对动力学的影响328

6.10.3不同电解质环境中染料TiO2/EL界面修饰对动力学的影响337

6.11接触界面光学特性对动力学的影响344

6.12不同染料分布条件对动力学的影响346

参考文献350

第7章染料敏化太阳电池结构设计与模拟364

7.1染料敏化太阳电池的工作原理364

7.2染料敏化太阳电池性能参数365

7.2.1短路电流365

7.2.2开路电压366

7.2.3填充因子366

7.2.4光电转换效率366

7.3大面积染料敏化太阳电池结构设计367

7.4大面积染料敏化太阳电池性能模拟369

7.4.1光吸收及电子传输369

7.4.2DSC电荷传输379

参考文献394

第8章染料敏化太阳电池性能测试及组件应用397

8.1染料敏化太阳电池光伏性能测试397

8.1.1大气质量与太阳光谱397

8.1.2染料敏化太阳电池的测试参数398

8.1.3染料敏化太阳电池的测试原理400

8.1.4染料敏化太阳电池的测试标准402

8.1.5染料敏化太阳电池光伏性能的多通道实时监测403

8.1.6测试环境对染料敏化太阳电池光伏性能的影响405

8.2染料敏化太阳电池组件的应用408

8.2.1独立光伏阵列的应用与技术408

8.2.2建筑一体化的应用与设计414

8.2.3光伏农业一体化的应用416

参考文献417

附录缩略语419

索引421

第5章染料敏化太阳电池对电极230

5.1对电极及制备方法230

5.1.1Pt对电极230

5.1.2碳对电极232

5.1.3其他对电极材料234

5.1.4柔性DSC的对电极238

5.2对电极表面的氧化还原反应238

5.2.1对电极氧化还原反应原理239

5.2.2对电极反应的表征方法240

参考文献248

第6章染料敏化太阳电池界面光电化学253

6.1固/固接触界面253

6.2.1固/固接触界面性质253

6.2.2DSC中固/固接触界面构成258

6.1.3DSC中固/固接触界面性质259

6.2固/液接触界面260

6.2.1固/液接触界面性质260

6.2.2DSC中固/液接触界面构成263

6.2.3DSC中固/液接触界面性质263

6.3频率域内接触界面动力学过程265

6.3.1时间域与频率域过程265

6.3.2接触界面动力学过程测量方法265

6.3.3调制电压下接触界面动力学过程268

6.3.4调制光作用下接触界面动力学过程289

6.3.5阻抗谱与IMPS区别305

6.4界面电子注入过程309

6.4.1TiO2能带形成及与染料的耦合309

6.4.2光生电子的产生与注入动力学312

6.5光生电子的传输动力学314

6.6光生电子的收集动力学316

6.7光生电子的复合动力学316

6.7.1I-3/I-氧化还原对的动力学特性316

6.7.2光生电子复合位置317

6.7.3光生电子复合机理317

6.7.4局域态对复合过程影响318

6.8光生电子传输与复合过程的相互限制320

6.9TiO2导带边移动与表面钝化321

6.10接触界面特性对动力学的影响322

6.10.1两相接触界面电学特性对动力学的影响322

6.10.2三相接触界面电学特性对动力学的影响328

6.10.3不同电解质环境中染料TiO2/EL界面修饰对动力学的影响337

6.11接触界面光学特性对动力学的影响344

6.12不同染料分布条件对动力学的影响346

参考文献350

第7章染料敏化太阳电池结构设计与模拟364

7.1染料敏化太阳电池的工作原理364

7.2染料敏化太阳电池性能参数365

7.2.1短路电流365

7.2.2开路电压366

7.2.3填充因子366

7.2.4光电转换效率366

7.3大面积染料敏化太阳电池结构设计367

7.4大面积染料敏化太阳电池性能模拟369

7.4.1光吸收及电子传输369

7.4.2DSC电荷传输379

参考文献394

第8章染料敏化太阳电池性能测试及组件应用397

8.1染料敏化太阳电池光伏性能测试397

8.1.1大气质量与太阳光谱397

8.1.2染料敏化太阳电池的测试参数398

8.1.3染料敏化太阳电池的测试原理400

8.1.4染料敏化太阳电池的测试标准402

8.1.5染料敏化太阳电池光伏性能的多通道实时监测403

8.1.6测试环境对染料敏化太阳电池光伏性能的影响405

8.2染料敏化太阳电池组件的应用408

8.2.1独立光伏阵列的应用与技术408

8.2.2建筑一体化的应用与设计414

8.2.3光伏农业一体化的应用416

参考文献417