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染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)

   日期:2024-11-01 20:42:16     來(lái)源:檢測(cè)     作者:中企檢測(cè)認(rèn)證網(wǎng)     瀏覽:110    評(píng)論:0
核心提示:染料敏化太陽(yáng)能電池(dye-sensitized solar cell,縮寫(xiě)為DSSC)是基于納米技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型的廉價(jià)的薄膜太陽(yáng)能電池。它是基

染料敏化太陽(yáng)能電池(dye-sensitized solar cell,縮寫(xiě)為DSSC)是基于納米技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型的廉價(jià)的薄膜太陽(yáng)能電池。它是基于由光敏電極和電解質(zhì)構(gòu)成的半導(dǎo)體,是一個(gè)電氣化學(xué)系統(tǒng)。染料敏化太陽(yáng)能電池具有許多吸引人的特征,因?yàn)樗梢杂玫土牟牧现瞥?但實(shí)際上它很難擺脫對(duì)于貴重金屬鉑和釕的限制,并且它的液態(tài)的電極對(duì)于各種天氣的適應(yīng)也是一個(gè)嚴(yán)重挑戰(zhàn)),不需要用精細(xì)的儀器來(lái)制造,這種電池在技術(shù)上很有吸引力。而且,其制造過(guò)程比以前的電晶體電池要便宜。它可以被制成軟片,機(jī)械強(qiáng)度大,不需要特別保護(hù)就可以防護(hù)樹(shù)枝或者冰雹的撞擊。雖然它的能量轉(zhuǎn)換效率比最好的薄膜電池要低,但理論上它們的性?xún)r(jià)比較高。
目前對(duì)染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)的研究主要集中在二氧化鈦薄膜材料、電解液開(kāi)發(fā)、染料分子設(shè)計(jì)等方面。同時(shí),如何提高光的利用率,從而提高染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)的光電轉(zhuǎn)換效率一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)的工作原理
DSSC 工作原理圖(來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
首先,吸附在納米TiO2電極表面的光敏劑分子吸收入射光子通量,并從基態(tài)(S)激發(fā)到激發(fā)態(tài)(S*)。一種類(lèi)型的光激發(fā)導(dǎo)致電子從光敏劑的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)轉(zhuǎn)移到最低未占分子軌道(LUMO)。隨后將激發(fā)的電子注入到TiO2電極的導(dǎo)帶中,使光敏劑分子氧化。注入的電子通過(guò)TiO2電極向透明導(dǎo)電氧化物(TCO)涂層電極擴(kuò)散,并通過(guò)外部負(fù)載和布線,最終到達(dá)反電極。氧化光敏劑在電解液中被I-離子還原,使光敏劑的基態(tài)再生,I-離子被氧化成I3-離子。I3-離子向反電極擴(kuò)散,在反電極上還原為I-離子??傮w而言,電力是在沒(méi)有永久化學(xué)轉(zhuǎn)化的情況下產(chǎn)生的。
染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)材料是指制造屬于薄膜太陽(yáng)能電池組的低成本太陽(yáng)能電池的材料。
在染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)中,光敏劑是影響太陽(yáng)能電池性能的最重要成分之一,因?yàn)楣饷魟┑倪x擇既決定了DSSC的光響應(yīng)速度,也將啟動(dòng)初步的光子吸收和后續(xù)的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。目前除了傳統(tǒng)的釕配合物光敏劑外,也對(duì)有機(jī)染料形式的無(wú)金屬類(lèi)似物進(jìn)行研究開(kāi)發(fā),同時(shí)有機(jī)染料光敏劑的光伏性能也在不斷提高。
一般能夠應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池的染料應(yīng)具備以下幾個(gè)條件:
1、具有很寬的吸收帶,可以吸收盡可能多的太陽(yáng)光;
2、具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性,能經(jīng)得起無(wú)數(shù)次的激發(fā)-氧化-還原過(guò)程;
3、有很好的吸附性,既能夠快速達(dá)到吸收平衡,又不易脫落;
4、足夠負(fù)的激發(fā)態(tài)氧化還原電勢(shì),以保證染料激發(fā)態(tài)電子注入二氧化鈦導(dǎo)帶;
5、激發(fā)態(tài)壽命足夠長(zhǎng)且有高的電荷傳輸效率;
6、基態(tài)的染料敏化劑不與溶液中的氧化還原對(duì)發(fā)生作用;
7、在氧化還原過(guò)程中勢(shì)壘相對(duì)較低,以便在初級(jí)和次級(jí)電子轉(zhuǎn)移中的自由能損失最小。
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