染料敏化電池

通過近二十年的研究與優(yōu)化，染料敏化太陽能電池的效率已經超過了13%。這種電池的突出優(yōu)點是高效率、低成本、制備簡單，因此有望成為傳統(tǒng)硅基太陽能電池的有力競爭者。

主要由納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質、對電極和導電基底等幾部分組成。納米多孔半導體薄膜通常為金屬氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明導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，最常用的是I3/I-。

染料敏化太陽電池結構示意圖

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體的導帶中;

⑶ 電子擴散至導電基底，后流入外電路中;

⑷ 處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質還原再生;

⑸ 氧化態(tài)的電解質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 導帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復合及導帶上的電子和氧化態(tài)的電解質間的復合

研究結果表明: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TiO2導帶中去，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，必須與電極緊密結合，最好能化學吸附到電極上;染料分子的光譜響應范圍和量子產率是影響DSC的光子俘獲量的關鍵因素。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，有待于進一步研究。

為了有效地收集太陽能，人們嘗試了各種方法，比如開發(fā)大面積、高效、低成本的太陽能電池。目前已有產業(yè)化的晶體硅(單晶硅、多晶硅)太陽能電池，部分投產的薄膜電池(非晶/微晶硅硅基薄膜、碲化鎘和銅銦鎵硒)，以及主要處于研究中的染料敏化電池、有機薄膜電池等。

新加坡南洋理工大學能源研究所的科學家們研發(fā)出一種新型太陽能電池，稱為"染料敏化電池"。以往制作太陽能電池主要是以硅晶為主要原料，而這種新型太陽能電池的發(fā)明是受到植物光合作用的啟發(fā)，參照葉綠素可以把光原子轉換成能量的原理，利用比較穩(wěn)定的人工染料捕捉光譜中幾乎所有的可見光。

電池的導電部分是由納米級二氧化鈦顆粒和幫助導電的電解質，以及金屬釕衍生物的染料組成。與傳統(tǒng)硅晶太陽能電池相比，這種新型太陽能電池可以吸收直射陽光以及漫射光源(如室內燈光等)。

二氧化鈦通常都用在油漆、防曬霜和食用色素中，成本低廉，適合大量生產。導電層可涂在玻璃板或者塑料片上，輕巧且有韌性，并可雙面吸收光線。，然而，電池片回收站的日益擴大，對城市的美化起到了不可磨滅的作用。

據(jù)透露，該新型太陽能電池尚處于小面積實驗階段，主要困難是要找到合適的聚合物，因為它不僅要能與二氧化鈦和染料融合，而且還要有較好的透光度。專家說，這種新型電池一旦最終走向市場，不僅可以把導電涂層涂抹在衣服上，而且還能涂在建筑玻璃外墻甚至車窗上，將打破太陽能板只能"躺"著接收太陽光的局限。

據(jù)悉，染料敏化電池雖然把光能轉換為電能的效率不及傳統(tǒng)太陽能電池，但因其在日照不佳的情況下也能正常運作，因此采光時間更長，制造的電能也更多，比較適合地處熱帶且云層密布的國家和地區(qū)。