染料敏化太阳能电池技术

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1、染料敏化太阳能电池技术链接：www.china-nengyuan.com/tech/44636.html来源：百度文库染料敏化太阳能电池技术1前言在诸多新能源中，太阳能以其丰富的储量、清洁无污染的优点和较小的地域限制而受到广泛关注。对太阳能的利用主要包括光热转换、光电转换和光化学能转换3种形式。太阳能电池是一种将太阳能转换成电能的光电转换器件，它可以直接为小型电器提供电能，也可以进行并网发电，因而有着十分广阔的应用前景。硅基太阳能电池是最早发展起来，并且也是目前发展最成熟的太阳能电池。经过数十年的努力。单晶

2、硅太阳能电池的效率已经超过了25％，在航天中起着举足轻重的作用。但在民用方面目前性价比还不能和传统能源相竞争。因此，各类新型太阳能电池应运而生。在众多新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(Dye-SensitizedSollarCells，简称DSC)近年来发展迅速。其研究历史可以追溯到20世纪60年代，德国Tributsch发现了染料吸附在半导体上在一定条件下能产生电流，为光电化学奠定了重要基础。事实上，到1991年以前，大多数染料敏化的光电转换效率比较低(<1％)。1991年，瑞士洛桑高等工业学院的Mi

3、chaelGratzel教授领导的研究小组将纳晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池中，使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高。相比于硅基太阳电池，染料敏化太阳能电池(DSC)具有成本低廉、工艺简单和光电转换效率较高的特点。2染料敏化太阳能电池的结构和工作原理2.1染料敏化太阳能电池的结构图1染料敏化太阳能电池的结构典型的染料敏化太阳能电池的结构包括纳米多孔Ti02半导体薄膜、透明导电玻璃、染料光敏化剂、空穴传输介质和对电极。多孔纳米TiO2薄膜是电池的光阳极，其性能的好坏直接关系到太阳能电池的效率。这种薄膜

4、一般是用TiO2纳晶微粒涂覆在导电玻璃表面，在高温条件下烧结而形成多孔电极。透明导电玻璃一般为ITO玻璃或TCO玻璃等，它起着传输和收集电子的作用。染料光敏化剂是吸附在多孔电极表面的，要求具有很宽的可见光谱吸收及具有长期的稳定性。空穴传输介质主要起氧化还原作用和电子传输作用。各种染料敏化电池的主要区别也是在于空穴传输介质的不同。对电极一般使用铂电极或具有单电子层的铂电极，主要用于收集电子。2.2染料敏化太阳能电池的工作原理染料敏化太阳能电池的基本工作原理如下：当能量低于多孔纳米TiO2薄膜禁带宽度，但等于染

5、料分子特征吸收波长的入射光照射在多孔电极上时，吸附在多孔电极表面的染料分子中的电子受激跃迁至激发态，再注人到TiO2导带页面1/3染料敏化太阳能电池技术链接：www.china-nengyuan.com/tech/44636.html来源：百度文库，而染料分子自身成为氧化态。注入到TiO2中的电子通过扩散富集到导电玻璃基板，然后进入外电路。处于氧化态的染料分子从电解质溶液中获得电子而被还原成基态，电解质中被氧化的电子扩散至对电极，这就完成了一个光电化学反应的过程。在染料敏化太阳能电池中，光能被直接转换成了电

6、能，而电池内部并没有发生净的化学变化。DSC电池的工作原理类似于自然界的光合作用，与传统硅电池不同。它对光的吸收主要通过染料来实现，而电荷的分离传输则是通过动力学反应速率来控制。电荷在TiO2中的运输由多数载流子完成，所以这种电池对材料纯度和制备工艺的要求并不十分苛刻，使得制作成本大幅下降。3染料敏化太阳能电池的优势3.1价格和工艺优势传统的太阳能电池的光吸收和载流子的传输是由同种物质来完成的，为了防止电子与空穴的重新复合，所用的材料必须具有很高纯度，并且没有结构缺陷，因此对半导体的工艺要求很高，导致成本难

7、以降低。而染料敏化的光电化学电池仅在一个带上产生载流子，即阳极发生光敏化后，电子注入纳米Ti02导带，而空穴仍留在表面的染料上。因此，电荷的重新复合受到限制，从而可以使用多晶的及纯度不高的材料，工艺较为简单，成本也大为降低。目前，染料敏化太阳能电池的价格是硅太阳能电池的1/5～1/10。3.2理论光电转化效率高目前的染料敏化太阳能电池以液态电解质为主，其理论光电转化率已能稳定在10％以上，与多晶硅太阳能相比也毫不逊色，用固体有机空穴传输材料作电解质的全固态电池在单色光下，甚至能达到33％。3.3其他优势染料

8、敏化太阳能电池具有透明度高，可以制成透明的产品；在柔性基底上制备，电池可以制成各种形态，极大的扩大了其应用范围；可以在各种光照条件下使用；对光线的入射角度不敏感，可充分利用折射光和反射光；工作温度较宽，上限可高达70℃等优点。4染料敏化太阳能电池存在的问题与发展前景4.1染料敏化太阳能电池现阶段存在的主要问题目前，染料敏化太阳能电池(面积<0.5cm2)的光电转换效率已达到11．04％。但是对于大面积、具有实用化