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        • 书名: 染料敏化太阳能电池——从理论基础到技术应用
        • 出版时间: 2014-05-10
        • 作者: 马廷丽、云斯宁
        • 出版社: 化学工业出版社
        • CIP分类号: ①TM914.4
        • 丛书名: 染料敏化太阳能电池——从理论基础到技术应用
        • 字数: 478
        • 装帧:
        • 版次: 1-1
        • 币种:
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        书号:978-7-122-17175-7

        书名:染料敏化太阳能电池——从理论基础到技术应用

        作者:马廷丽、云斯宁 主编

        定价:88.0000

        出版社:化学工业出版社

        出版时间:2013-08-01 00:00:00.0

        CIP分类号:①TM914.4

        字数:478

        装帧:

        版次:1-1    

         

        内容简介:本书针对国家对新能源的布局,从社会发展、环境保护、能源需求的角度出发,阐述了发展可持续清洁能源的必然性、紧迫性和重要性,重点介绍第三代太阳能电池——染料敏化太阳能电池(DSSC)的理论基础相技术应用。结合DSSC领域的研究现状,系统地介绍了不同类型DSSC(包括刚性、柔性、液态、拟固态、全固态、单基板、双基板、叠层及量子点等)、不同组成器件的基础知识、研究现状、技术关键、存在问题及其产业化应用前景等。对于不同类型的DSSC,除介绍器件构型外,还深入浅出地介绍了组成DSSC器件的光阳极、对电极、染料及电解质的合成、表征和性能测试与评价。此外,从发展的角度分析了促进DSSC产业化进程的关键技术措施,从不同的视角对DSSC的发展前景进行了展望。

         

        读者对象:本书可供从事功能材料、光电器件、光伏组件研究与开发的科研院所、企事业单位及相关学科的科研人员和工程技术人员使用,也可作为高等院校材料化学、物理化学、电化学、纳米技术、能源科学等学科或专业高年级本科生和研究生的教材或参考书。

         

        一级分类:科技图书

        二级分类:能源

        三级分类:能源

         

        序言:人类社会的发展历史与能源开发和利用的水平密切相关,每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。随着经济的飞速发展,煤、石油、天然气等不可再生资源接近消耗殆尽而不可持续,同时也造成了环境的急剧恶化。能源和环境问题成为目前制约经济社会发展的重要瓶颈。它与我们每一个人都息息相关,是我们国家可持续发展和民族复兴必须解决好的一个重大问题,也是全球关注的一个焦点。因此,在进入21世纪的今天,能源结构也正在孕育着重大的转变,即由矿物能源系统向可再生能源为基础的可持续能源系统转变。探索新的、复合型的、多样化的、低成本的可再生能源的问题,已经引起各国政府、科学界乃至企业界的广泛重视,并有大量的经济投入。如何有效地将太阳能转化为电能就是其中一个极其重要的研究方向。

         

           太阳能电池中研究最成熟的是无机的单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳能电池,它们的性能稳定,转化率高(20%25%),已经投入了实际应用。但由于高纯硅的制备本身需要耗能,成本居高不下。另一类研究较早的无机太阳能电池原料是以砷化镓、碲化铬为代表的ⅢⅤⅡⅥ族化合物(包括目前很热的铜铟镓硒类多元化合物),它们也有较高的光电转化效率(最高达29%),但由于其中一些元素地壳含量较低,如InGa等,或有环境污染问题,如AsCd等,这类电池的发展也受到一定的限制。

         

           有机无机杂化太阳能电池和有机(包括高分子)太阳能电池,虽然尚未发展到实际应用的水平,但它们取材广泛,性能提升空间较大,是目前学术界广泛研究的热点。染料敏化太阳能电池(DSSC)就是其中的一种,自从1991年瑞士科学家GrtzelTiO2纳米颗粒引入染料敏化太阳能电池之后,大大提高了电池的转化效率,从而引起了各国科学界的广泛关注,并形成了研究的热潮,在我国,染料敏化太阳能电池的科学研究队伍也迅速壮大。

         

            该书在阐述染料敏化太阳能电池基本原理的基础上,从电极材料、有机染料和电解质等研究角度出发,重点介绍了刚性及柔性染料敏化太阳能电池以及液态、准固态、全固态、单基板、叠层复合以及量子点DSSC的性能特性和发展现状、主要技术、存在问题、产业化现状及应用前景等。全书文字简洁、易懂、实用,既关注理论基础又涉及技术应用;既有实践指导意义又有前瞻性科学价值。

         

           参加本书编写的诸位作者都是活跃在这个领域的重要学术带头人,因此书中的内容反映了他们自己以及该领域同行们的最新研究成果。本书是一本极具参考价值的好书,也是对该领域科研成果的一个汇编和总结,可供研究院所和企事业的DSSC研究工作者使用,也可作为大学生及研究生学习DSSC的教材。

         

            在这本著作即将出版之际,特向参加编写的作者表示衷心的祝贺和感谢,相信这本书的出版定将推动我国清洁可再生能源工作的进一步发展。

         

         

        中国科学院院士北京大学教授

         

        2013222

         

         

         

            能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。传统的化石能源正持续地消耗殆尽,而现有的能源结构对气候、环境、人类健康等产生诸多负面影响。改变现有的能源结构,发展可持续清洁能源成为世界各国关注的主题。

         

            太阳能作为资源最丰富的可再生能源,具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。太阳能发电是太阳能利用的有效方式。作为第三代新型有机太阳能电池的染料敏化太阳能电池(DSSC),由于具有理论光电转换效率高、成本低、环境友好、多色透明等特点,受到了全世界的关注。近年来中国对于DSSC的研究也日益增多,并取得了可喜的成果。但是,目前国内还没有一本比较全面系统地介绍DSSC的书籍。在这一背景下,编者邀请了国内活跃在该研究领域并卓有成效的科研人员编写了《染料敏化太阳能电池——从理论基础到技术应用》一书。

         

            本书重点介绍了刚性、柔性、液态、拟固态、全固态、单基板、双基板、叠层、复合结构DSSC及量子点DSSC的工作原理、性能参数、结构特点、制备技术、研究现状及应用前景。从器件各个部分(如光阳极、对电极、染料、电解液等)的制备、表征到器件的构建和性能评价以及优化;从理论基础到技术关键进行了详细论述。本书既关注理论基础又涉及技术应用,内容涉及光伏原理、DSSC工作机理、光电化学测试与评价、界面工程、纳米结构光阳极、非铂对电极、离子液体、固态电解质、有机光敏染料、模组设计及产业化应用等。除了对DSSC广泛的调研与深入的分析之外,也有各位作者自身的研究成果介绍。因此,本书是对这些年国内外DSSC取得重要成果的高度凝练,对于发展我国新型第三代太阳能利用技术,推动DSSC产业化进程尤为重要。

         

            我们邀请国内外的20余名专家进行了本书的撰写工作。其中,第1章由马廷丽编写,该章详细介绍了光伏效应、光伏发电、光伏电池以及太阳能电池的研究背景和研究意义等。第2章由匡代彬和饶华商编写,主要介绍光伏原理,内容包括半导体基础和太阳能电池基础。第3章由王鸣魁、曹昆和申燕编写,详细介绍了DSSC的发展历史、基本原理及表征技术,并给出了光伏电池最新的光电能量转换效率数据。第4章由林原和解东梅编写,该章介绍DSSC的机理研究,侧重于光诱导电子的转移、运输、复合、再生过程以及机理研究,并提出了提高DSSC效率的研究方向。第5章由云斯宁编写,该章主要介绍DSSC光电性能、电化学性能及光电化学性能的测试与评价。第6章由云斯宁编写,从界面工程的角度出发,详细介绍了界面调控的技术措施。第7章由史彦涛、云斯宁、魏明灯和高相东合作编写,该章重点介绍DSSC光阳极。其中,71721722节由史彦涛编写,侧重介绍纳米晶光阳极;723节由云斯宁编写,侧重介绍不同金属离子掺杂ZnO光阳极;724节由魏明灯编写,侧重介绍多元氧化物基电极材料,7375节由高相东编写,主要介绍了各种纳米结构(纳米线、纳米管、三维多级、介孔、光子晶体等)光阳极及复合结构光阳极(壳结构、表面等离子激元、新概念等)。第8章由花建丽和瞿三寅编写,该章主要介绍了DSSC所用的钌系染料、纯有机染料及近红外光敏染料。第9章由武明星和云斯宁编写,其中,9697节由云斯宁编写。该章全面系统地介绍了DSSC对电极材料,内容涉及贵金属材料、碳基对电极材料、导电聚合物对电极材料、复合对电极材料(包括负载铂、碳基、聚合物基)及其他多元化合物对电极材料。第10章由林红、郝锋和姚志博编写,主要介绍DSSC液态电解质,包括非碘体系氧化还原电对和离子液体电解质。第11章由吴季怀、兰章和严锋编写,主要介绍DSSC准固态电解质。其中,11.2节含离子液体凝胶电解质的准固态DSSC由严锋编写。第12章由林原和方艳艳编写,主要介绍DSSC全固态电解质。第13章由陈炜和熊德华编写,该章全面介绍叠层结构的DSSC。第14章由吴季怀、兰章和马廷丽编写,侧重介绍柔性DSSC。其中,聚合物导电基板部分由马廷丽编写;金属导电基板部分由吴季怀和兰章编写。第15章由韩宏伟、李雄、刘广辉、荣耀光和汪恒编写,主要介绍单基板DSSC,特别是全固态DSSC所用对电极、间隔层、电解质及模组。第16章由李冬梅和罗艳红编写,该章介绍量子点敏化QDSSC的结构、工作原理、关键材料及界面处理。此外,该章作者感谢孟庆波研究员对编著工作的支持和对手稿的审阅。第17章由马廷丽编写,侧重于DSSC产业化应用方面的介绍,并对产业化前景进行了展望。

         

            编者特别感谢MGrtzel教授以及中国科学院院士黄春辉教授为本书撰写序言。另外,中国科学院田禾院士、中国科学院等离子体所戴松元教授、格兰泽尔介观太阳能电池研究中心程一兵教授、大连理工大学精细化工国家重点实验室彭孝军教授等对本书编写给予了多方面支持,在此一并致谢。

         

            该书受到大连市政府学术专著基金以及营口奥匹维特新能源科技有限公司资助,特此表示感谢。

         

            在本书的编写过程中,编者力求图表表述清晰,文字叙述简洁,数据提供准确,参考文献权威。希望本书能够成为一本第三代有机太阳能电池研究者的参考用书以及研究生、大学生的教材。主编对全书内容进行了合理安排,并经过主编和编者的仔细评阅和校对。由于编者知识水平有限,时间紧迫,难免存在不妥之处。衷心希望得到广大读者和同行的批评与指正,欢迎大家对本书提出合理建议,以便我们在后续再版中不断完善。

         

         

         

        编者

         

         

         

        目录:

         

        第1章太阳能电池概述 
        1.1太阳能发电研究的背景
        1.2太阳能电池研究的历史与现状
        1.3太阳能电池研究的重要意义
        参考文献3 
        第2章光伏原理 
        2.1光伏电池种类
        2.1.1硅基太阳能电池
        2.1.2多元化合物薄膜太阳能电池
        2.1.3有机太阳能电池
        2.1.4染料敏化太阳能电池
        2.2半导体基础
        2.2.1材料的结构与表征
        2.2.2能带结构
        2.2.3掺杂与缺陷
        2.2.4载流子分布与费米能级
        2.2.5光吸收10 
        2.3PN结基础12 
        2.3.1平衡PN12 
        2.3.2异质结13 
        2.4太阳能电池基础14 
        2.4.1光伏效应14 
        2.4.2性能表征15 
        2.4.3量子效率16 
        2.4.4电池效率及其损失16 
        参考文献18 
        第3章染料敏化太阳能电池基础 
        3.1染料敏化太阳能电池的发展历史19 
        3.2染料敏化太阳能电池的结构20 
        3.2.1电解质20 
        3.2.2阴极22 
        3.3染料敏化太阳能电池基本原理23 
        3.4DSSC的工作模型24 
        3.5染料敏化太阳能电池表征技术24 
        3.5.1入射单色光子电子转化效率24 
        3.5.2I—V曲线25 
        3.5.3电化学阻抗谱27 
        3.5.4瞬态衰减测试技术31 
        3.6太阳能电池效率表33 
        参考文献34 
        第4章染料敏化太阳能电池机理研究 
        4.1光诱导电子转移过程36 
        4.2电极中的电子输运过程39 
        4.3界面的复合反应41 
        4.4染料的再生过程43 
        4.5提高DSSC光电转换效率的方向45 
        参考文献46 
        第5章染料敏化太阳能电池的测试与评价 
        5.1光电性能评价49 
        5.1.1光伏性能测试49 
        5.1.2光谱响应测试51 
        5.1.3温度系数和稳定性测试53 
        5.2电化学性能评价54 
        5.2.1伏安法54 
        5.2.2电化学阻抗谱56 
        5.2.3塔菲尔极化60 
        5.2.4光谱电化学62 
        5.3光电化学性能评价63 
        5.3.1扩散系数和电子寿命63 
        5.3.2收集效率和扩散长度65 
        5.3.3电子浓度65 
        参考文献66 
        第6章染料敏化太阳能电池界面调控 
        6.1DSSC中的界面69 
        6.2异质结界面电子复合70 
        6.3光阳极界面调控71 
        6.3.1壳双层结构71 
        6.3.2离子取代与掺杂73 
        6.3.3表面修饰74 
        6.4导电基板界面调控75 
        6.4.1导电基板光阳极界面75 
        6.4.2导电基板对电级界面77 
        6.5固态或拟固态DSSC界面79 
        参考文献79 
        第7章染料敏化太阳能电池光阳极材料 
        7.1光阳极材料种类及特点82 
        7.2纳米晶光阳极85 
        7.2.1氧化钛纳米晶光阳极85 
        7.2.2氮掺杂氧化钛光阳极87 
        7.2.3金属离子掺杂氧化锌光阳极88 
        7.2.4多元氧化物基电极材料89 
        7.3纳米结构光阳极95 
        7.3.1纳米线光阳极96 
        7.3.2纳米管光阳极97 
        7.3.3三维多级纳米结构光阳极100 
        7.3.4介孔光阳极101 
        7.3.5光子晶体光阳极103 
        7.4复合光阳极105 
        7.4.1壳结构光阳极105 
        7.4.2基于TiO2纳米颗粒的复合光阳极106 
        7.4.3表面等离激元光阳极108 
        7.4.4新概念光阳极109 
        7.5光阳极材料的发展前景110 
        参考文献110 
        第8章染料敏化太阳能电池 
        8.1染料敏化剂的现状117 
        8.2金属配合物染料118 
        8.2.1钌系染料118 
        8.2.2金属卟啉染料120 
        8.2.3金属铂染料121 
        8.2.4金属锇配合物染料122 
        8.3纯有机染料122 
        8.3.1基于三芳胺的D—π—A的有机光敏染料123 
        8.3.2基于三芳胺的D—D—π—A的有机光敏染料125 
        8.3.3基于三芳胺的D—A—π—A的有机光敏染料126 
        8.3.4基于吲哚啉的有机光敏染料129 
        8.3.5近红外光敏染料132 
        8.4光敏染料发展前景134 
        参考文献135 
        第9章染料敏化太阳能电池对电极材料 
        9.1概述138 
        9.2贵金属对电极材料139 
        9.3碳对电极材料139 
        9.4类铂对电极材料141 
        9.4.1碳化物对电极材料141 
        9.4.2氮化物对电极材料142 
        9.4.3氧化物对电极材料142 
        9.4.4硫化物、硒化物及磷化物对电极材料144 
        9.5高分子导电聚合物对电极材料144 
        9.6复合对电极材料146 
        9.6.1载铂复合对电极147 
        9.6.2碳基复合对电极149 
        9.6.3聚合物基复合对电极151 
        9.7其他类型对电极156 
        9.8对电极发展前景展望157 
        参考文献157 
        第10章染料敏化太阳能电池液态电解质 
        10.1液态电解质概述161 
        10.2非碘体系氧化还原电对162 
        10.2.1无机氧化还原电对162 
        10.2.2金属络合物氧化还原电对163 
        10.2.3有机氧化还原电对165 
        10.3离子液体电解质166 
        10.3.1二元离子液体电解质流动性对电荷传输的影响168 
        10.3.2二元离子液体电解质中阴离子的影响和电荷转移动力学169 
        10.3.3二元离子液体电解质中阳离子的影响和电荷转移动力学169 
        10.3.4非碘体系氧化还原电对在离子液体中的应用170 
        10.4液态电解质发展与展望171 
        参考文献172 
        第11章准固态染料敏化太阳能电池 
        11.1含有机溶剂凝胶电解质的准固态DSSC174 
        11.1.1热塑性凝胶电解质175 
        11.1.2热固性凝胶电解质176 
        11.2含离子液体凝胶电解质的准固态DSSC178 
        11.2.1离子液体/小分子胶凝剂凝胶电解质178 
        11.2.2离子液体/无机纳米填料凝胶电解质179 
        11.2.3离子液体/聚合物凝胶电解质179 
        11.3存在的问题180 
        11.4前景展望181 
        参考文献181 
        第12章全固态染料敏化太阳能电池 
        12.1全固态电解质183 
        12.2全固态电解质研究进展183 
        12.2.1无机P型半导体固态电解质183 
        12.2.2空穴导电聚合物材料电解质185 
        12.2.3有机小分子空穴传输材料电解质188 
        12.2.4离子导电聚合物固态电解质191 
        12.2.5离子液体聚合物固态电解质192 
        12.2.6其他类型固态电解质194 
        12.3展望194 
        参考文献195 
        第13章叠层结构染料敏化太阳能电池 
        13.1发展叠层染料敏化太阳能电池的历史背景与理论依据200 
        13.1.1为什么要发展叠层染料敏化太阳能电池200 
        13.1.2设计叠层染料敏化太阳能电池的理论依据202 
        13.2N.N叠层染料敏化太阳能电池204 
        13.2.1四电极叠层方案205 
        13.2.2三电极叠层方案206 
        13.2.3两电极叠层方案207 
        13.3N.P叠层染料敏化太阳能电池209 
        13.3.1P型纳米半导体材料211 
        13.3.2PDSSC用染料212 
        13.3.3PDSSC用电解液214 
        13.3.4N—P叠层DSSC 215 
        13.4染料敏化太阳能电池与其他类型光电转换器件的叠层216 
        13.4.1染料敏化太阳能电池与其他类型太阳能电池的叠层216 
        13.4.2染料敏化太阳能电池与温差电池叠层218 
        13.4.3染料敏化太阳能电池与光解水叠层制氢系统219 
        13.5叠层染料敏化太阳能电池的前景展望220 
        参考文献221 
        第14章柔性染料敏化太阳能电池 
        14.1聚合物导电基板柔性DSSC226 
        14.1.1柔性光阳极226 
        14.1.2柔性对电极227 
        14.2金属导电基板柔性DSSC228 
        14.2.1柔性光阳极228 
        14.2.2柔性对电极230 
        14.3存在的问题231 
        14.4前景展望231 
        参考文献232 
        第15章单基板染料敏化太阳能电池 
        15.1概述234 
        15.2研究进展236 
        15.2.1对电极236 
        15.2.2间隔层239 
        15.2.3全固态染料敏化太阳能电池240 
        15.2.4单基板染料敏化太阳能电池模组245 
        15.2.5重复性与稳定性246 
        15.3存在的问题和解决方案248 
        15.4前景展望249 
        参考文献250 
        第16章量子点敏化太阳能电池 
        16.1量子点基础知识252 
        16.1.1什么是量子点252 
        16.1.2量子效应252 
        16.1.3量子点的特性253 
        16.2量子点敏化太阳能电池的结构与工作原理254 
        16.3量子点敏化太阳能电池性能评价256 
        16.3.1 IPCE在敏化太阳能电池研究中的应用257 
        16.3.2其他测试表征方法258 
        16.4量子点敏化太阳能电池的关键材料259 
        16.4.1QDSC的光阳极259 
        16.4.2量子点敏化太阳能电池的吸光材料263 
        16.4.3电解质269 
        16.4.4QDSC的对电极271 
        16.5界面处理273 
        16.6量子点敏化太阳能电池的发展趋势274 
        参考文献274 
        第17章染料敏化太阳能电池产业化及应用 
        17.1大面积DSSC的产业化研究进展279 
        17.1.1欧美的DSSC产业化研究进展279 
        17.1.2亚洲的DSSC产业化研究进展281 
        17.2存在的问题283 
        17.3前景展望284 
        参考文献284 
        基金致谢286

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