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《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》*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。*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。

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

1.2.4 CdTe太阳电池 11

1.2.5 CIGS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昀制备方法 37

2.2 DSC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

2.4 TiO2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

2.7 p型光阴极敏化染料太阳电池 103

2.7.1 p型光阴板敏化染料太阳电池原理 103

2.7.2 p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 l96

4.2 电解质中的氧化还原电对 202

4.2.1 I/I3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

5.1.1 Pt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

6.1.2 DSC中固／固接触界面构成 258

6.1.3 DSC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

6.2.2 DSC中固／液接触界面构成 263

6.2.3 DSC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

6.4.1 TiO2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

6.7.1 I3/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 光生电子复舍机理 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

6.9 TiO2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

7.4.2 DSC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

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