染料敏化電池目前情況

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(jīng)超過了13%。這種電池的突出優(yōu)點(diǎn)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(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(fù)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(fù)極間填充的是含有氧化還原電對的電解質(zhì)，最常用的是I3/I-。

染料敏化太陽電池結(jié)構(gòu)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(dǎo)體的導(dǎo)帶中;

⑶ 電子擴(kuò)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(gè)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TiO2導(dǎo)帶中去，多層敏化劑的吸附反而會(huì)阻礙電子運(yùn)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(jī)理還不十分清楚，有待于進(jìn)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(chǎn)業(yè)化的晶體硅(單晶硅、多晶硅)太陽能電池，部分投產(chǎn)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(jī)薄膜電池等。

新加坡南洋理工大學(xué)能源研究所的科學(xué)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(zhuǎn)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(dǎo)電部分是由納米級(jí)二氧化鈦顆粒和幫助導(dǎo)電的電解質(zhì)，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(nèi)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(chǎn)。導(dǎo)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(kuò)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(shí)驗(yàn)階段，主要困難是要找到合適的聚合物，因?yàn)樗粌H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(dǎo)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(zhuǎn)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(yùn)作，因此采光時(shí)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)。