染料敏化太陽能電池Dyesensitizedsolarcell

染料敏化太陽能電池在網(wǎng)上找到的染料敏化太陽能電池示意圖染料敏化太陽能電池〔DSSC,DSC或DYSC[1])是一種低本錢太陽能電池，1991年由洛桑Gr?tzelBrianO”Regan制造[3]。Gr?tzel2023年千禧技術(shù)制造獎(jiǎng)[4]。電池中最好的，理論上其價(jià)格性能比〔千瓦時(shí)〔平方米·年·美元〕足夠高，使它們能夠與化石燃料發(fā)電實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平價(jià)競爭。由于染料敏化電池化學(xué)穩(wěn)定性不高，所以其商業(yè)應(yīng)用不太好[5]2023年可再生能源發(fā)電將得到顯著進(jìn)展。半導(dǎo)體太陽能電池n“自由電子”n型半導(dǎo)np型半導(dǎo)體接0.6~0.7V[6]。n型半導(dǎo)體的電子到P型半導(dǎo)一側(cè)，這一過程稱為光致激發(fā)。在硅片上，陽光可以供給足夠的能量將能量較低p型半導(dǎo)體一側(cè)積存的電子通過外部電路流淌pnnpp型積存的電子連續(xù)通過外部電路流淌消耗，上述過程反復(fù)進(jìn)展，就是半導(dǎo)體電池的工作原理。任何半導(dǎo)體都是通過吸取足夠能量激發(fā)自由電子通過帶隙的手段產(chǎn)生電流。帶隙;雖然這些光子把一局部能量轉(zhuǎn)移到了電子，但其中大局部能量都以熱能形厚。這也增加了在n型半導(dǎo)體一側(cè)激發(fā)的電子會(huì)與PN結(jié)以前形成的空穴相撞30％?；w，以便有合理的光子捕獲效率，單晶硅的制造和硅的后續(xù)處理是昂貴的。在的方法，但迄今為止，由于各種實(shí)際問題的制約限制了其它方法的實(shí)際應(yīng)用。經(jīng)制造本錢有所下降。染料敏化太陽能電池染料敏化電池〔DSCDSSC〕具有分子染料，染料像綠葉中的葉綠〔二氧化鈦〕和陰極〔鉑金〕被放置在液態(tài)導(dǎo)體〔電解質(zhì)〕的兩側(cè)。重進(jìn)入電池反面的金屬電極，然后流入電解液，然后流入染料分子。分別。由于染料分子相當(dāng)小〔納米級別，所以，吸取入射光的染料分子層需要作的比較厚〔其厚度大大超過了分子本身的尺寸。為了解決這個(gè)問題，使用納米3-D矩陣上。在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中，這個(gè)納米支架是由半導(dǎo)體材料供給的。3個(gè)主要局部。頂部是一個(gè)〔通常是玻璃〕板，板上面沉積一層透亮的氟摻雜二氧化錫〔SnO2：F〕膜。形式。二氧化鈦只吸取了太陽光子〔紫外線〕[7]。將該板塊沉醉在一個(gè)感光釕吡啶染料〔也叫分子敏化染料[7]〕和溶劑的混合物中。板在染料溶液浸TiO2外表留下一層薄薄的染料?！餐ǔＴ阢K金屬層集中上一層薄薄的碘電解液。然后將這兩個(gè)板塊密封在一起，以防止造它們[8]。雖然它們使用了“先進(jìn)”的材料，但這些材料相比于硅電池所需的硅材得到了廣泛的應(yīng)用。〔TiO2外表上的染料。帶著足夠能量的光子被染料分子吸取，使染料分子能級處于激發(fā)態(tài)，這種〔如電子濃度梯度集中〕移動(dòng)到陽極外表上。同時(shí)，染料分子失去一個(gè)電子，假設(shè)沒TiO2下面電解質(zhì)溶液中碘的氧子重組，這種重組反響將有效防止太陽能電池的短路。碘化物機(jī)械集中到電池底部電極通過重獲得流經(jīng)外部電路后引入的電子恢復(fù)缺少電子。定的能源〕與其激發(fā)所產(chǎn)生電子數(shù)量的反比稱為量子效率。極中的傳導(dǎo)損耗，或是在陽極的光學(xué)損失。綠燈的整體量子效率是90％左右，10〔準(zhǔn)解液的氧化復(fù)原電位之差，在有太陽光照耀的條件下其電位之差約為0.7V。也的讀數(shù)約為0.7V〔約0.7至0.6V〕稍高，這是一個(gè)相當(dāng)小的差異，因此，實(shí)際的差異是由目前的生產(chǎn)所掌握。雖然染料吸取光子將其轉(zhuǎn)換成自由電子并轉(zhuǎn)移到二氧化鈦的效率很高，但值。通常使用的染料分子與硅相比對光譜紅光局部的吸取一般較差，這意味著，35mA/cm2，20mA/cm2。11％[9][10]。包括紫外線穩(wěn)定劑和/或紫外吸取熒光生色團(tuán)〔吸取短波長的紫外光發(fā)出波長較長的光子〕和抗氧化劑，以保護(hù)和提高電池的效率[11]。染料敏化太陽能電池是目前最有效的第三代太陽能電池技術(shù)[12]〔2023年根底165％~13統(tǒng)低本錢商業(yè)硅板太陽能電池效率在12％~15在替換目前現(xiàn)有“低密度”高的電池也有肯定的吸引力，染料敏化太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率即使是增加的很小，也會(huì)使它們具有肯定的吸引力。生的。從理論上講，由于生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較低，高能電子在硅電池中可以與空穴〔或其他形式的能源〕而沒有電流產(chǎn)生。雖然這種特別狀況不太常見，但是在光激發(fā)后，產(chǎn)生的電子很簡潔與空穴相撞并復(fù)合?？??！安顒?dòng)力學(xué)”甚至有人建議在室內(nèi)使用它們收集室內(nèi)燈光能量為小型裝置供給能量[14]。釋放熱量更簡潔，并因此使電池在較低的內(nèi)部溫度下運(yùn)作。害處穩(wěn)定性成為問題。電解質(zhì)在低溫下將被凍結(jié)，完畢電力的生產(chǎn)，并可能導(dǎo)致其物理損壞。較高的溫度將導(dǎo)致液體的膨脹，對密封面板是一個(gè)嚴(yán)峻問題。另一個(gè)主溶劑滲透塑料，這將阻礙其在戶外的大型應(yīng)用和將其集成到敏捷的構(gòu)造中[15]。并且由于其柔韌性不好使其使用不敏捷[16]。光電陰極和串聯(lián)電池格萊才爾電池作為光電陽極〔n-DS，通過敏化染料的電子注入產(chǎn)生光電流。光電陰極〔pDSC〕的工作是一個(gè)反模式，與傳統(tǒng)的nDSC相比，由染料激發(fā)電子快速從p型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到染料〔染料敏化的空穴注入，而不是電子注單結(jié)DSCn-DSCp-DSC中間夾著一層電解質(zhì)。n-DSCp–DSC串聯(lián)，這意味產(chǎn)生的“黑色染料Ruterpyridine陰離子是簡單的光電壓添加劑。因此，與光電流相匹配的高效串聯(lián)pn–DSC構(gòu)造是格外重要的。n–DSC不同，快速充電重組后，染料敏化的空穴注入導(dǎo)致在p–DSC中的低光電流，從而阻礙整體設(shè)備效率。和三苯胺低聚爭論人員構(gòu)建了含氧化鎳薄膜p-DSC和含二氧化鈦薄膜n-DSC串聯(lián)的DSC器n-DSCDSCp-DSC的性能DSCnDSC的效率[17]。進(jìn)展“黑色染料”Ruterpyridine復(fù)和體〔1999年〕具有更廣泛的響“triscarboxy-釕三聯(lián)吡啶”[Ru(4,4”,4“-(COOH)3-terpy)(NCS)3]，這簡潔地稱為“黑色染料”[18]。染料可以很好地將光子轉(zhuǎn)換成電子，其轉(zhuǎn)換效率最初在8090％左“喪失”的10％能量主要是電極頂部的光學(xué)損失。太陽能電池必需能夠供給至少20“黑色染料”系統(tǒng)可以進(jìn)展50萬次光轉(zhuǎn)換。在瑞士染料電池在太陽下暴露十年，觀看進(jìn)展了廣泛的爭論來解決這些問題。的染料，包括1-3-甲基咪唑tetrocyan