壓敏染料

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。

書名: 染料敏化納米晶太陽能電池

關鍵詞:染料 敏化 納米材料 半導體晶體 太陽能電池 楊術明

分類: 工業(yè)技術 >獨立電源技術(直接發(fā)電)

其主要優(yōu)勢是:原材料豐富、成本低、工藝技術相對簡單，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教授領導的研究小組在該技術上取得突破以來，歐、美、日等發(fā)達國家投入大量資金研發(fā)。

染料敏化太陽能電池 - 結構組成

主要由納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、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(zhì)，最常用的是KCl(氯化鉀)。

(1)染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)(D*) ;

(2) 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;

電子擴散至導電基底，后流入外電路中;

(3) 處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生;

(4) 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);

(5) 和(6) 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(zhì)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(chǎn)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Weller等的隧穿機理、Lindquist等的擴散模型等，有待于進一步研究。