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)。
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、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-。
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??拷黅iO2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。
特點
DSC與傳統(tǒng)的太陽電池相比有以下一些優(yōu)勢:
⑴壽命長:使用壽命可達15-20年;
⑵結構簡單、易于制造,生產(chǎn)工藝簡單,易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn);
⑶制備電池耗能較少,能源回收周期短;
⑷生產(chǎn)成本較低,僅為硅太陽能電池的1/5~1/10,預計每蜂瓦的電池的成本在10元以內。
⑸生產(chǎn)過程中無毒無污染;
經(jīng)過短短十幾年時間,染料敏化太陽電池研究在染料、電極、電解質等各方面取得了很大進展。同時在高效率、穩(wěn)定性、耐久性、等方面還有很大的發(fā)展空間。但真正使之走向產(chǎn)業(yè)化,服務于人類,還需要全世界各國科研工作者的共同努力。
這一新型太陽電池有著比硅電池更為廣泛的用途:如可用塑料或金屬薄板使之輕量化,薄膜化;可使用各種色彩鮮艷的染料使之多彩化;另外,還可設計成各種形狀的太陽能電池使之多樣化??傊玖厦艋{米晶太陽能電池有著十分廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景,是具有相當廣泛應用前景的新型太陽電池。相信在不久的將來,染料敏化太陽電池將會走進我們的生活。
責任編輯: 江曉蓓