关于我们 | English | 网站地图

染料敏化太阳电池

2018-08-20 11:17:31 中国能源网

简介

染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理,研制出来的一种新型太阳电池。

其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单,在大面积工业化生产中具有较大的优势,同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的,部分材料可以得到充分的回收,对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M. Grtzel教授领导的研究小组在该技术上取得突破以来,欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。

结构组成

主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等),聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂,通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质,最常用的是I3-/I-。

⑴ 染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态;

⑵ 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中;

⑶ 电子扩散至导电基底,后流入外电路中;

⑷ 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生;

⑸ 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原,从而完成一个循环;

⑹ 和 ⑺ 分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合

研究结果表明:只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去,多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输;染料色激发态寿命很短,必须与电极紧密结合,最好能化学吸附到电极上;染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。到目前为止,电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚,有Weller等的隧穿机理、Lindquist等的扩散模型等,有待于进一步研究。

特点

DSC与传统的太阳电池相比有以下一些优势:

⑴寿命长:使用寿命可达15-20年;

⑵结构简单、易于制造,生产工艺简单,易于大规模工业化生产;

⑶制备电池耗能较少,能源回收周期短;

⑷生产成本较低,仅为硅太阳能电池的1/5~1/10,预计每蜂瓦的电池的成本在10元以内。

⑸生产过程中无毒无污染;

经过短短十几年时间,染料敏化太阳电池研究在染料、电极、电解质等各方面取得了很大进展。同时在高效率、稳定性、耐久性、等方面还有很大的发展空间。但真正使之走向产业化,服务于人类,还需要全世界各国科研工作者的共同努力。

这一新型太阳电池有着比硅电池更为广泛的用途:如可用塑料或金属薄板使之轻量化,薄膜化;可使用各种色彩鲜艳的染料使之多彩化;另外,还可设计成各种形状的太阳能电池使之多样化。总之染料敏化纳米晶太阳能电池有着十分广阔的产业化前景,是具有相当广泛应用前景的新型太阳电池。相信在不久的将来,染料敏化太阳电池将会走进我们的生活。




责任编辑: 江晓蓓

更多

行业报告 ?