太阳能利用前沿技术丛书--染料敏化太阳电池

第1章　太阳能与太阳电池 001
1.1　可再生能源与太阳能 002
1.1.1　可再生能源利用的意义 002
1.1.2　可再生能源的种类 002
1.1.3　可再生能源利用的难点 003
1.2　太阳能的利用与太阳电池 004
1.2.1　太阳能的特点和利用方式 004
1.2.2　太阳电池的分类 005
1.2.3　太阳电池发电的历史和现状 005
1.3　太阳电池的工作原理 009
1.3.1　半导体物理基础 009
1.3.2　半导体中的光电转换过程 010
1.3.3　表征太阳电池性能的参数 011
1.3.4　太阳电池的转换效率 012
1.4　染料敏化太阳电池 014
1.4.1　染料敏化太阳电池的历史 014
1.4.2　染料敏化纳晶太阳电池的工作原理 016
参考文献 019

第2章　染料敏化太阳电池光阳极材料 021
2.1　染料敏化太阳电池光阳极材料功能与性能要求 022
2.1.1　染料敏化太阳电池光阳极材料的功能 022
2.1.2　染料敏化太阳电池光阳极性能要求 022
2.2　染料敏化太阳电池中常用光阳极材料 025
2.2.1　二元氧化物半导体光阳极材料 026
2.2.2　三元氧化物半导体材料 031
2.2.3　复合物光阳极材料 032
2.3　染料敏化太阳电池光阳极材料及电极制备工艺 038
2.3.1　光阳极纳米材料的制备方法 038
2.3.2　多孔纳晶薄膜光阳极的制备方法 042
参考文献 049

第3章　染料敏化太阳电池光阳极结构 059
3.1　染料敏化太阳电池光阳极的维度 060
3.1.1　零维光阳极结构 060
3.1.2　一维光阳极结构 062
3.1.3　三维光阳极结构 073
3.1.4　分级杂化有序光阳极 077
3.2　光吸收增强型光阳极 083
3.2.1　光散射光阳极结构 084
3.2.2　光子晶体光阳极 087
3.2.3　金属等离子体激元增强型光阳极 090
3.3　光谱响应拓宽型光阳极结构 094
3.3.1　多染料共敏化光阳极 094
3.3.2　上/ 下转换发光增强光阳极 098
3.4　光阳极的掺杂改性与表面修饰 101
3.4.1　光阳极的掺杂改性 101
3.4.2　光阳极的表面修饰 104
参考文献 107

第4章　染料敏化太阳电池金属-有机配合物染料 123
4.1　用于染料敏化太阳电池的染料的研究与发展 124
4.2　金属-有机配合物染料概述 125
4.2.1　多吡啶钌配合物染料 125
4.2.2　其他金属- 有机配合物染料 131
4.2.3　金属卟啉配合物染料 132
4.3　金属-有机配合物染料的发展展望 139
参考文献 139

第5章　染料敏化太阳电池纯有机染料 147
5.1　纯有机染料概述 148
5.2　香豆素类有机染料 149
5.3　吲哚啉类有机染料 150
5.4　三芳胺类有机染料 155
5.5　其他有机染料 161
5.6　有机染料的发展展望 165
参考文献 165

第6章　染料敏化太阳电池电解质体系 171
6.1　液态电解质 172
6.1.1　有机溶剂电解质 172
6.1.2　离子液体电解质 174
6.2　准固态（凝胶）电解质 176
6.2.1　聚合物凝胶电解质 176
6.2.2　离子液体聚合物凝胶电解质 180
6.2.3　纳米复合凝胶电解质 182
6.2.4　有机小分子凝胶剂型凝胶电解质 186
6.2.5　化学交联型凝胶电解质 187
6.3　固态电解质 190
6.3.1　无机P型半导体固态电解质 191
6.3.2　有机P型半导体固态电解质 192
6.3.3　离子导电聚合物固态电解质 196
6.3.4　其他类型固态电解质 199
6.4　展望 200
参考文献 201

第7章　染料敏化太阳电池氧化还原电对 217
7.1　卤素氧化还原电对 218
7.1.1　碘氧化还原电对 218
7.1.2　溴电对 219
7.1.3　类卤素电对 220
7.2　金属配合物电对 220
7.2.1　钴配合物电对 221
7.2.2　铜配合物电对 231
7.2.3　铁配合物电对 233
7.2.4　其他金属配合物电对 234
7.3　有机电对 235
7.3.1　TEMPO 235
7.3.2　多硫电对 235
7.4　水电解质的氧化还原电对 237
7.5　混合电对体系 238
7.6　展望 241
参考文献 242

第8章　染料敏化太阳电池对电极 251
8.1　对电极的基本结构和功能 252
8.2　对电极的制备技术及性能分析方法 253
8.2.1　对电极的制备技术 253
8.2.2　对电极的性能分析方法 257
8.3　金属对电极 261
8.3.1　铂对电极 261
8.3.2　其他金属对电极 264
8.3.3　合金对电极 265
8.4　过渡金属化合物对电极 267
8.4.1　过渡金属硫化物和氧化物对电极 267
8.4.2　过渡金属氮化物和碳化物对电极 271
8.5　碳材料和掺杂碳材料对电极 273
8.5.1　碳材料对电极 274
8.5.2　掺杂碳材料对电极 280
8.6　导电聚合物对电极 284
8.6.1　聚苯胺对电极 284
8.6.2　聚吡咯对电极 287
8.6.3　聚（3，4-乙烯二氧噻吩）对电极 289
8.7　碳基复合对电极 291
8.7.1　Pt/碳复合对电极 292
8.7.2　过渡金属化合物/碳复合对电极 293
8.7.3　导电聚合物/碳复合对电极 297
参考文献 298

第9章　叠层染料敏化太阳电池 303
9.1　太阳电池的极限效率 304
9.1.1　S-Q极限效率 304
9.1.2　突破S-Q极限效率的几种方法 305
9.1.3　叠层太阳电池的结构与效率 307
9.2　串联结构叠层染料敏化太阳电池 309
9.3　并联结构叠层染料敏化太阳电池 311
9.4　共敏化结构染料敏化太阳电池 314
9.5　P-N叠层染料敏化太阳电池 317
9.5.1　P-N叠层染料敏化太阳电池的结构及工作原理 317
9.5.2　P-N叠层染料敏化太阳电池的光阴极 319
9.5.3　P-N叠层染料敏化太阳电池的研究现状 321
9.6　染料敏化太阳电池与其他光伏器件的叠层 322
9.7　叠层染料敏化太阳电池的应用 327
参考文献 330

第10章　柔性染料敏化太阳电池 337
10.1　引言 338
10.2　基于柔性衬底的光阳极 338
10.2.1　聚合物衬底 338
10.2.2　金属衬底 344
10.3　基于柔性衬底的对电极 345
10.3.1　铂对电极在塑料基底上的低温制备 345
10.3.2　在金属基底上制备铂电极 347
10.3.3　在柔性基底上制备碳材料 348
10.3.4　聚合物对电极 350
10.3.5　无机化合物 350
10.4　纤维型柔性染料敏化太阳电池 350
10.4.1　金属纤维材料 351
10.4.2　碳纤维材料 353
10.4.3　聚合物纤维材料 354
10.4.4　光纤材料 355
10.5　电解质 356
10.6　大面积全柔组件的制备 356
10.7　展望 358
参考文献 358

第11章　染料敏化太阳电池的测量与研究手段 361
11.1　光电转换性能的测量 362
11.1.1　J -V特性测试 363
11.1.2　光谱响应特性测试 365
11.2　染料敏化太阳电池能级结构的研究手段 367
11.2.1　电化学循环伏安法 367
11.2.2　Mott-Schottky法 369
11.3　染料敏化太阳电池光生电子动力学过程的研究手段 370
11.3.1　开路光电压衰减法 370
11.3.2　短路光电流衰减法 371
11.3.3　电化学阻抗测试 372
11.3.4　强度调制光电流谱 374
11.4　常规测试方法在染料敏化太阳电池中的应用 376
参考文献 378

第12章　染料敏化太阳电池展望与启示 380
12.1　染料敏化太阳电池效率展望 381
12.2　染料敏化太阳电池应用展望 384
12.3　染料敏化太阳电池基础研究展望 385
12.3.1　染料敏化太阳电池相关材料的研究 385
12.3.2　染料敏化太阳电池机理研究 386
12.3.3　染料敏化太阳电池应用研究 387
12.4　染料敏化太阳电池发展启示 387
参考文献 387