采用紫外-可见吸收光谱对花青素、β-胡萝卜素、2种染料混合共敏以及添加了共吸附剂脱氧胆酸(DCA)的混合共敏4种染料体系进行光谱吸收性能测试,发现混合共敏体系能有效地拓展光谱吸收范围,实现300~600 nm之间的全谱吸收,明显提高了电池的光伏性能;在此基础上对4种染料溶液进行电化学测试分析,发现共吸附剂分子不仅可以降低染料的团聚,同时还有助于调节染料的能级位置,使其与Ti O2光阳极的能级位置和电解液的氧化还原电位更加匹配。相应地,DCA的加入减小了染料的LUMO与Ti O2导带的能级差值,即降低了电子注入驱动力(从0.92 e V降低到0.81 e V),从而降低了能量损失;同时,DCA增加了染料的HOMO与电解质的氧化还原电势的差值,使得混合染料的再生驱动力从0.24 e V达到0.35 e V,保证了染料的再生效率,明显提高了电池的短路电流密度,增幅达到约22%,相应地开路电压提高了约33 m V,光电转换效率提高了30%以上,达到0.292%。
染料敏化太阳能电池(DSCs)中,高原天然染料敏化剂花青素由于分子中含有多个羟基基团,有助于其与TiO_2有效结合形成有效的电子注入通道,从而表现出优异的性能,但同时由于远离二氧化钛光阳极部分的羟基易吸收水分,容易增加电荷复合同时电池性能下降,因此本研究通过对花青素进行化学改性来解决该问题。首先从高原金莲花中提取天然染料,并通过紫外可见吸收光谱和红外吸收光谱测试,确定所获取的产物主要成分为花青素;在此基础上对所获得的花青素分子进行化学改性,通过酯化反应去除部分多余的羟基基团。将所获得的改性产物用于DSC中,相比于未改性的花青素敏化电池,光伏性能得到了明显的改善,开路电压提高了30 m V。
通过向丁二腈分子塑性晶体中加入固体碘盐和碘分子,制备了碘体系丁二腈基分子塑晶固态电解质。研究了不同阳离子的固体碘盐对丁二腈基固态电解质的相变、扩散系数以及离子电导率的影响。最终以碘化N-乙基吡啶作为固体碘盐与碘分子及丁二腈的摩尔比为2:1:100配制的固态电解质I-和I3-的扩散系数在室温达到1.83×10-6 cm2·s-1与1.22×10-6 cm2·s-1,固态电解质的离子电导率在30℃为1.7 m S·cm-1,制备的电池效率达1.57%。碘化N-乙基吡啶同时又是一种低成本和高成本效能的固体碘盐,更加具有商业应用价值。
从高原格桑花和胡萝卜中提取天然染料花青素和β-胡萝卜素作为敏化剂,并组装染料敏化太阳能电池(DSC)。研究了提取的天然染料的光吸收性能、主要成分和共敏化方式,讨论了花青素和β-胡萝卜素的共敏化形式、比例、浓度和时间对DSC光电性能的影响。研究发现,花青素和β-胡萝卜素混合敏化时表现出明显的共敏化作用,而分层敏化时则共敏效果不明显。当花青素含量逐渐降低时,共敏化电池的短路电流和光电转换效率表现出先增大后减小的趋势,且共敏化的最佳体积比为1∶1,同时发现共敏化时间比通常少很多,最佳敏化时间为15min。最佳共敏化条件下组装的DSC的短路电流密度为0.725 m A/cm2,光电转换效率为0.267%,相比于花青素和β-胡萝卜素单独敏化时组装的DSC,短路电流分别提高了60%和505%,光电转换效率分别提高了51%和480%,这主要得益于共敏化后拓宽的光谱吸收范围。
