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[转载][转]染料敏化太阳能电池

已有 328 次阅读 2017-9-14 10:33 |个人分类:DSSCs|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

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。染料敏化太阳能电池是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料,模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用,将太阳能转化为电能。


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。[1]
染料敏化太阳能电池 - 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KCl(氯化钾)。
(1)染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态(D*)[2] ;
(2) 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中;
电子扩散至导电基底,后流入外电路中;
(3) 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生;
(4) 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;
(5) 和(6) 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。

转自百度百科



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