卟啉染料敏化太陽能電池效率達到11%

2020-12-08 索比光伏網

發表於：2010-08-10 12:47:53     作者：索比太陽能

來源：solarnovus

（圖1. Highly Efficient Mesoscopic Dye-Sensitized Solar Cells Based on Donor–Acceptor-Substituted Porphyrins）

研究員使用特製的卟啉衍生物染料製作的染料敏化太陽能電池（DSSC）實現了11%的光電轉化效率。來自瑞士洛桑聯邦高等工業學院，臺灣的國立交通大學和國立中興大學的研究員們相信這是使用不含釕的敏化劑首次達到如此高的轉化效率，成果已發表在最新一期應用化學（Angew. Chem）雜誌上。

染料敏化太陽能電池的優點在於其轉化效率高，製作工藝簡單，生產成本低。電池採用多孔的二氧化鈦納米晶體材料作為基板，上面覆蓋吸收光的染料敏化劑。陽光穿過電池表面的透明電極照射在染料層激發電子躍遷，電子隨後注入二氧化鈦導帶，之後穿過電極驅動外部電路，染料電池與植物中葉綠素吸收陽光的原理類似。

 （圖2. 染料敏化太陽能電池原理，cnki）

染料敏化太陽能電池的研究熱點在於尋找高效實用的敏化劑。比如，使用釕敏化劑已經能夠達到高於11%的轉化效率（日本夏普11.1%，2006）。而卟啉發色團也被用于敏化劑的研究，這種發色團存在於吸收陽光的光合細菌和植物當中，在可見光範圍內有很高的吸收和發射係數同時具有可調的氧化還原電勢。

目前，使用卟啉染料的染料敏化太陽能電池的效率在5%~7%之間。由Michael GRÄTZEL教授領導的研究小組使用了一種卟啉發色團作為施主-受主染料的橋梁。使用這種卟啉染料作為光敏劑的雙層二氧化鈦膜在標準光照測試條件下達到了11%的轉化效率。實驗同時表明，這種共軛染料可以與有互補吸收光譜的不含金屬的另一種染料在二氧化鈦膜（2.4mm）表面達到共敏化（co-sensitization）效果，提高系統性能。

研究員表示，這項研究證明了通過對卟啉染料的配位的設計提高光伏性能的可能性。下一步將研究共敏化方法在不同的二氧化鈦膜上的表現。

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