染料太陽電池

1、染料敏化太陽能電池染料敏化太陽能電池百科內(nèi)容來自于：百科內(nèi)容來自于：簡介簡介染料敏化太陽電池主要是模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池，其主要優(yōu)勢是：原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對簡單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢，同時所有原材料和生產(chǎn)工藝都是無毒、無污染的，部分材料可以得到充分的回收，對保護人類環(huán)境具有重要的意義。自從1991年瑞士洛桑高工（EPFL）M.Grtzel教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在該技術(shù)上去的突破以來，歐、美、日

2、等發(fā)達國家投入大量資金研發(fā)。結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對電極和導(dǎo)電基底等幾部分組成。納米多孔半導(dǎo)體薄膜通常為金屬氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明導(dǎo)電膜的玻璃板上作為DSC的負極。對電極作為還原催化劑，通常在帶有透明導(dǎo)電膜的玻璃上鍍上鉑。敏化染料吸附在納米多孔二氧化鈦膜面上。正負極間填充的是含有氧化還原電對的電解質(zhì)，最常用的是I3I。染料敏化太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖染料敏化太陽電池

3、結(jié)構(gòu)示意圖DSC工作原理如下圖所示：⑴染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)；⑵處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中；⑶電子擴散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中；⑷處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生；⑸氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子后被還原，從而完成一個循環(huán)；⑹和⑺分別為注入到TiO2導(dǎo)帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復(fù)合及導(dǎo)帶上的電子和氧化態(tài)的電解質(zhì)間的復(fù)合研究結(jié)果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到T

4、iO2導(dǎo)帶中去，多層敏化劑的吸附反而會阻礙電子運輸；染料色激發(fā)態(tài)壽命很短，必須與電極緊密結(jié)合，最好能化學(xué)吸附到電極上；染料分子的光譜響應(yīng)范圍和量子產(chǎn)率是影響DSC的光子俘獲量的關(guān)鍵因素。到目前為止，電子在染料敏化二氧化鈦納米晶電極中的傳輸機理還不十分清楚，有化的前景。2002年P(guān)engWang等人用含有1methyl3propyliazoliumiodide和poly(viylideneflidecohexafluopropylene)

5、離子液態(tài)聚合物凝膠電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化納米晶太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達5.3%。2003年，日本KohjiroHara等人報道了一種多烯染料敏化納米太陽能電池，其光電能量轉(zhuǎn)換率達6.8%。2003年，日本TamotsuHuriuchi等人開發(fā)一種廉價的indoline染料，其光電轉(zhuǎn)換效率可達6.1%。2003年，Akrakawa工作組用香豆素染料做敏化劑的太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達7.7%。2003年，Grtzel小組報道了以

6、兩性分子染料與多孔聚合物電解質(zhì)組裝的準(zhǔn)固態(tài)納米晶太陽電池，在AM1.5模擬太陽光下光電轉(zhuǎn)換率高于6%。2003年，臺灣工業(yè)技術(shù)研究院能源研究所應(yīng)用納米晶體開發(fā)出的染料敏化太陽能電池，根據(jù)報道，其光電轉(zhuǎn)換效率可達8%~12%，目前納米晶體太陽能電池技術(shù)在海外已開始商品化，初期效率約5%。2003年，中國科學(xué)院等離子體物理研究所（IPP）成功制備出光電轉(zhuǎn)換效率接近6%的1520cm2及4060cm2的電池組件。2004年中國科學(xué)院等離子體物

7、理研究所（IPP）建成了500瓦規(guī)模的小型示范電站光電轉(zhuǎn)換效率達5%。2004年，韓國JongHakKim等使用復(fù)合聚合電解質(zhì)全固態(tài)染料敏化納米晶太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達4.5%。2004年，日立制作所試制成功了色素（染料）增感型太陽能電池的大尺寸面板，在實驗室內(nèi)進行的光電轉(zhuǎn)換效率試驗中得出的數(shù)據(jù)為9.3%。2004年，染料敏化納米晶太陽能電池開發(fā)商PeccellTechnologies公司(Peccell)宣布其已開發(fā)出電壓高達

8、4V(與鋰離子電池電壓相當(dāng))的染料敏化納米晶太陽能電池，可作為下一代太陽能電池，有可能逐漸取代基于硅元素的太陽能電池產(chǎn)品2004年，日本足立教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組用TiO2納米管做染料敏化納米晶太陽能電池電極材料其光電轉(zhuǎn)換效率可達5%，隨后用TiO2納米網(wǎng)絡(luò)做電極其光電轉(zhuǎn)換效率達到9.33%。2006年，日本岐阜大學(xué)(GifuUniversity)開發(fā)的基于二氫吲哚類有機染料敏化的電沉積納米氧化鋅薄膜的塑性彩色電池效率達到了5.6%。2006

9、年，日本桐蔭橫濱大學(xué)開發(fā)的基于低溫TiO2電極制備技術(shù)的全柔性DSC效率超過了6%。2009年，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所王鵬課題組研制的電池的效能為9.8%。染料敏化太陽能電池的發(fā)明者、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的化學(xué)教授邁克爾格拉特茲勒說：“10年前，我們認為我們不會得到超過1%的結(jié)果?，F(xiàn)在卻得到了9.8%的高能效?！蹦壳埃珼SSCs的光電轉(zhuǎn)化效率已能穩(wěn)定在10％以上，據(jù)推算壽命能達15～20年，且其制造成本僅為硅太陽能電池的15～11