染料敏化納米DSSC太陽電池技術

2020-11-27 索比光伏網

索比光伏網訊:摘要:介紹了染料敏化納米太陽能電池(DSSC電池)的結構和原理,對納米TiO2膜、敏化染料、電解質的研究進展進行了綜述,並對其應用前景作出展望.

關鍵詞:染料敏化;納米薄膜;太陽能電池

1引言

太陽能作為一種可再生能源,具有其它能源所不可比擬的優點.它取之不盡,用之不竭,而且分布廣泛,價格低廉,使用安全,不會對環境構成任何汙染.將太陽能轉換為電能是利用太陽能的一種重要形式.在過去的十幾年中,利用半導體光電化學電池替代常規固態光伏半導體太陽能電池來完成太陽能轉換的潛在經濟價值日益顯現.在眾多的半導體材料中,TiO2以其獨有的低廉、穩定的特點得到廣泛的應用.

輻射到地球表面的太陽光中,紫外光佔4%,可見光佔43%,N型半導體TiO2的帶隙為3.2eV,吸收位於紫外區,對可見光的吸收較弱,為了增加對太陽光的利用率,人們把染料吸附在TiO2表面,藉助染料對可見光的敏感效應,增加了整個染料敏化太陽能電池對太陽光的吸收率,由此構造了染料敏化太陽能電池-DSSC(dye-sensitizedsolarcell)電池.

1991年瑞士洛桑高等工業學院的Gratzel教授等在Nature上發表文章,提出了一種新型的以染料敏化TiO2納米薄膜為光陽極的光伏電池,它是以羧酸聯吡啶釕(Ⅱ)配合物為敏化染料,稱為Gratzel型電池.這種電池的出現為光電化學電池的發展帶來了革命性的創新.目前,此種電池的效率已穩定在10%左右,製作成本僅為矽太陽能電池的1/5～1/10,壽命能達到20年以上,具有廣泛的應用價值.

2DSSC電池的結構和基本原理

DSSC是由透明導電玻璃、TiO2多孔納米膜、敏化染料、電解質溶液以及鍍Pt對電極構成的"三明治"式結構電池.

光電轉換機理如下:1)太陽光(hν)照射到電池上,基態染料分子(S)吸收太陽光能量被激發,染料分子中的電子受激躍遷到激發態(S3);2)激發態的電子快速注入到TiO2導帶中;3)電子在TiO2膜中迅速的傳輸,在導電基片上富集,通過外電路流向對電極;4)處於氧化態的染料分子(S*)與電解質(I-/I3-)溶液中的電子供體(I-)發生氧化還原反應而回到基態,染料分子得以再生;5)在對電極附近,電解質溶液得到電子而還原(見圖1).

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