染料敏化太陽能電池基本概念發(fā)展實驗思路

染料敏化太陽能電池

-----核殼結(jié)構(gòu)探究目錄光伏產(chǎn)業(yè)概述&中國光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀染料敏化太陽能電池概述&具體過程探究研究重點調(diào)研&核殼結(jié)構(gòu)深入分析Ⅰ.光伏產(chǎn)業(yè)概述&中國光伏產(chǎn)業(yè)電池分類電池效率變化趨勢Shockley—Queisserlimitation33%2004年歐洲JRC預(yù)測本世紀內(nèi)常規(guī)能源及新能源發(fā)展趨勢中國光伏產(chǎn)業(yè)第一階段——獨立光伏系統(tǒng)：100W-100KW，滿足邊遠無電地區(qū)用電。無需遠距離輸電；價格：3－5$/Wp第二階段——并網(wǎng)光伏屋頂：1KW-10MW，在城市或鄉(xiāng)村中并網(wǎng)運行，提供削峰電力。利用建筑物屋頂、外墻和現(xiàn)成的供電線路，節(jié)省土地和線路投資；價格：2－3$/Wp第三階段——沙漠光伏電站：1MW-1GMW，在沙漠、戈壁建造并網(wǎng)光伏電站。充分利用陽光，改造沙漠；價格：1.5－2$/Wp第四階段——濱海光伏電站：10MW-10GW，靠近沿海經(jīng)濟發(fā)達城市供電。節(jié)省輸電成本，發(fā)展電解制氫、貯氫規(guī)?；a(chǎn)、啟動氫能經(jīng)濟和海洋經(jīng)濟；價格：1－1.5$/Wp第五階段——道路光伏電站：10GW—1000GW，建設(shè)道路光伏頂棚電站，發(fā)展電動交通；價格：<1$/Wp1.體積小、重量輕：單位重量比功率：100-1000W/kg2.壽命長：20-50年（工作25年，效率下降20%）3.零排放：無工質(zhì)消耗，無噪聲，無污染4.運行可靠，使用安全，免維護5.資源廣泛（有太陽就有電），分布式電站6.規(guī)模大小皆宜，100W-100GW7.能量回收期短：0.8-3.0年；能量增值效應(yīng)明顯：8-30倍8.光伏電含金量高：晴天發(fā)電可調(diào)峰9.安裝容易，建設(shè)周期短10.降價潛力大：→1$/Wp太陽能電池的優(yōu)點Ⅱ

.染料敏化太陽能電池&具體過程探究Thestateofart過程1和2---電子的注入和激發(fā)態(tài)的衰減DSC中最驚人的發(fā)現(xiàn)就是釕的化合物以驚人的速度將電子注入到TiO2

的導(dǎo)帶中。染料分子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的衰減稱之為染料激發(fā)態(tài)的壽命。20~60ns。要求激發(fā)態(tài)的染料在沒有衰減就要把電子注入到半導(dǎo)體氧化物的導(dǎo)帶中。

D*D++e-過程3----氧化態(tài)的染料的重新還原

氧化鈦的染料從I-

離子那里獲得電子，時間為微妙量級。染料的循環(huán)壽命在108

以上，這樣就可以在戶外有20年的壽命。

3I-+2D+I3-+De-(CB)e-(BC)過程4---電子通過多孔氧化物膜的傳輸1991年Granzel的電池最令人困惑的就是電荷在納米晶TiO2

中的快速高效的傳輸。

相比較緊致結(jié)構(gòu)的材料。過程5和6----半導(dǎo)體中電子和處于氧化態(tài)的染料和及電解液的復(fù)合

D++e-(CB)DI3

-+2e-(CB)3I-過程7----電解液中電子的接受者在對電極上的反應(yīng)

通過在FTO上的鉑電極的催化。研究上發(fā)現(xiàn)Pt簇具有最好的催化效果。

I3

-+2e-(CE)3I-CBTiO2DyeRed:I-1Ox:I3-1fs>ms&nsPt電子的注入速率》fs激發(fā)態(tài)dye的衰減染料的再生速率》背反應(yīng)I的速率ms背反應(yīng)II的速率要足夠小鉑電極要保證對I-1有足夠大的再生速率121233446655fsfs短路電流短路電流，電池處于短接狀態(tài)下流經(jīng)電池的電流大小，表征太陽電池所能提供的最

大電流大小。它與染料的電子注入速率、子在TiO2中的復(fù)合速率、暗電流以及電池的內(nèi)阻有很大關(guān)系。開路電壓開路電壓即電路處于開路時DSSC的輸出電壓，表示太陽電池的電壓輸出能力。對于DSSC來說，在理論上它取決于TiO2費米能級與電解質(zhì)的氧化還原電勢之差。即Voc=EF–ER/R-ket為I3-暗反應(yīng)速率常數(shù)；[I3-

]

為電解液中I3-

離子的摩爾濃度；Iinj

為敏華染料向TiO2中注入電子的速度。量子產(chǎn)率單色光轉(zhuǎn)化效率光電流工作譜電池的轉(zhuǎn)化效率Ⅲ.核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒納米一維結(jié)構(gòu)納米核殼結(jié)構(gòu)大的比表面積來吸附染料盡量減少界面的復(fù)合目前的研究熱點主要集中在對工作電極形貌的研究核殼結(jié)構(gòu)定義---一種雙復(fù)合結(jié)構(gòu)，由納米顆粒，納米線或是納米管組成核結(jié)構(gòu)，然后在表面包覆一層別的殼材料。優(yōu)勢---相比較納米顆粒1.納米顆粒膜有大的界面積因此增加了復(fù)合的概率。2.小尺寸的單個納米顆粒只能引起半導(dǎo)體表面上有限的能帶彎曲，沒有電場可以輔助半導(dǎo)體里面電荷的分離。原理1---通過包覆的層可以在半導(dǎo)體/電解液的界面上建立能級的阻擋層，阻礙光生電子和電解液中的氧化還原對的復(fù)合。原理2---產(chǎn)生一個電荷極化層，使得二氧化鈦的導(dǎo)帶漂移，使得開路電壓增大。材料的選取---為了建立能級的勢壘在半導(dǎo)體和電解液的界面上，要求殼層材料的導(dǎo)帶能級要比核材料的導(dǎo)帶更負。不同程度的提高，Al2O3

提高的最大，而SnO2

的反而降低。零等勢點？零電勢點的相對高低就決定了極化電荷的方向。從而決定氧化鈦的能帶的轉(zhuǎn)移。決定開路電壓是否增大。那就把SnO2

作為核材料，TiO2

作為殼材料。1.水熱法制備SnO2

小球2.浸漬的方法包覆氧化鈦電流未變。電壓增大R3：半導(dǎo)體/電解液(1)R3的顯著變大說明TiO2shell的形成(2)R3的顯著變大說明并聯(lián)電阻的增大，意味著darkcurrent的減小由于Zn