染料太陽(yáng)電池

1、染料敏化太陽(yáng)能電池染料敏化太陽(yáng)能電池百科內(nèi)容來(lái)自于：百科內(nèi)容來(lái)自于：簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介染料敏化太陽(yáng)電池主要是模仿光合作用原理，研制出來(lái)的一種新型太陽(yáng)電池，其主要優(yōu)勢(shì)是：原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)所有原材料和生產(chǎn)工藝都是無(wú)毒、無(wú)污染的，部分材料可以得到充分的回收，對(duì)保護(hù)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(lǐng)導(dǎo)的研究小組在該技術(shù)上去的突破以來(lái)，歐、美、日

2、等發(fā)達(dá)國(guó)家投入大量資金研發(fā)。結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成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(duì)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(duì)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(duì)的電解質(zhì)，最常用的是I3I。染料敏化太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)示意圖染料敏化太陽(yáng)電池

3、結(jié)構(gòu)示意圖DSC工作原理如下圖所示：⑴染料分子受太陽(yáng)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(duì)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?？拷黅iO2表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到T

4、iO2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，有化的前景。2002年P(guān)engWang等人用含有1methyl3propyliazoliumiodide和poly(viylideneflidecohexafluopropylene)

5、離子液態(tài)聚合物凝膠電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)5.3%。2003年，日本KohjiroHara等人報(bào)道了一種多烯染料敏化納米太陽(yáng)能電池，其光電能量轉(zhuǎn)換率達(dá)6.8%。2003年，日本TamotsuHuriuchi等人開發(fā)一種廉價(jià)的indoline染料，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)6.1%。2003年，Akrakawa工作組用香豆素染料做敏化劑的太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)7.7%。2003年，Grtzel小組報(bào)道了以

6、兩性分子染料與多孔聚合物電解質(zhì)組裝的準(zhǔn)固態(tài)納米晶太陽(yáng)電池，在AM1.5模擬太陽(yáng)光下光電轉(zhuǎn)換率高于6%。2003年，臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院能源研究所應(yīng)用納米晶體開發(fā)出的染料敏化太陽(yáng)能電池，根據(jù)報(bào)道，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)8%~12%，目前納米晶體太陽(yáng)能電池技術(shù)在海外已開始商品化，初期效率約5%。2003年，中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所（IPP）成功制備出光電轉(zhuǎn)換效率接近6%的1520cm2及4060cm2的電池組件。2004年中國(guó)科學(xué)院等離子體物

7、理研究所（IPP）建成了500瓦規(guī)模的小型示范電站光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)5%。2004年，韓國(guó)JongHakKim等使用復(fù)合聚合電解質(zhì)全固態(tài)染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)4.5%。2004年，日立制作所試制成功了色素（染料）增感型太陽(yáng)能電池的大尺寸面板，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換效率試驗(yàn)中得出的數(shù)據(jù)為9.3%。2004年，染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池開發(fā)商PeccellTechnologies公司(Peccell)宣布其已開發(fā)出電壓高達(dá)

8、4V(與鋰離子電池電壓相當(dāng))的染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池，可作為下一代太陽(yáng)能電池，有可能逐漸取代基于硅元素的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品2004年，日本足立教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組用TiO2納米管做染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池電極材料其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)5%，隨后用TiO2納米網(wǎng)絡(luò)做電極其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.33%。2006年，日本岐阜大學(xué)(GifuUniversity)開發(fā)的基于二氫吲哚類有機(jī)染料敏化的電沉積納米氧化鋅薄膜的塑性彩色電池效率達(dá)到了5.6%。2006

9、年，日本桐蔭橫濱大學(xué)開發(fā)的基于低溫TiO2電極制備技術(shù)的全柔性DSC效率超過(guò)了6%。2009年，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所王鵬課題組研制的電池的效能為9.8%。染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)明者、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的化學(xué)教授邁克爾格拉特茲勒說(shuō)：“10年前，我們認(rèn)為我們不會(huì)得到超過(guò)1%的結(jié)果。現(xiàn)在卻得到了9.8%的高能效?！蹦壳?，DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率已能穩(wěn)定在10％以上，據(jù)推算壽命能達(dá)15～20年，且其制造成本僅為硅太陽(yáng)能電池的15～11