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染料敏化纳米晶太阳能电池

已有 5735 次阅读 2010-4-29 21:47 |个人分类:畅谈科研|系统分类:科研笔记|关键词:纳米晶,太阳能电池,燃料,DSSC| 太阳能电池, 纳米晶, 燃料, DSSC

染料敏化太阳能电池(DSSC),也称为“Gratzel cell” 。目前最成功的是Gratzel等人提出的染料敏化纳米二氧化钛薄膜为光阳极的太阳能光电池(简称为Gratzel电池),其光电转换效率在模拟日光照射下(AM1.5,1000W·m-2 )已达10%。电极材料TiO2具备价格便宜、制备简单、无毒、稳定、应用范围广,且抗腐蚀性能好。但其禁带宽度为3.2eV;吸收范围都在紫外区,因此需要染料敏化。为了吸附更多的染料分子,必须制备多孔、大比表面积的纳米TiO2薄膜电极。
多孔纳米TiO2 薄膜的制备方法主要有两种:溶胶-凝胶法和由二氧化钛超细粉制得。如由二氧化钛纳米管,碳纳米管阵列的制备已产生了各种方法,包括沉积到一个纳米多孔氧化铝模板;溶液凝胶法以有机凝胶因子作为模板,在水浴中进行种子生长。同时Gopal等人还发现,添加额外的乙酸到阳极电解液可以改变二氧化钛纳米管的脆性,改善使用时易损坏的倾向,提高其机械强度。此外,在硼酸环境中制备的钛纳米管表现出紫外光电转化效率为7.8%,在580℃退火制得的6微米的纳米管阵列表现出最高的转化效率为12.25%。
此外,Mane等人研究的TiO2/ZnO薄膜电极的染料敏化太阳能电池,通过采用化学浴沉积技术制得TiO2/ZnO系统禁带宽度为3.2 eV,敏化的TiO2/ZnO电池有一个25min的短路电流稳定期,设备的光电转换效率为0.67 %。
染料敏化纳米薄膜太阳能电池多采用液态电解质作为电荷传输材料。液态电解质的选材范围广,电极电势易于调节,因此取得了一定成果。但液态电解质有以下缺点:(1)液态电解质的存在易导致敏化染料的脱附;(2)溶剂挥发,可与敏化染料作用导致染料降解;(3)密封工艺复杂,密封剂也可能与电解质反应。
对于全固态太阳能电池,目前最常用的是空穴传输材料一般为p型。p型半导体材料应满足:(1)在可见光区(染料的吸收范围)内必须是透明的;(2)沉积p型半导体材料的方法不能使吸附在TiO2纳米晶体上的染料溶解或降解;(3)染料的激发态能级在TiO2导带之上,而基态能级在p型半导体价带之下。
参考:
1.       陈振兴. 高分子电池材料. 北京:化学工业出版社,2006
2.       Gopal K. Mor, Oomman K. Varghese et al. Solar Energy Materials & Solar Cells 90(2006),2011-2075
3.       Rajaram S. Mane, Won Joo Lee, et al. J.Phys.Chem. B 2005,109,24254-24259


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1 吕喆

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