染料敏化太阳能电池 染料光敏化剂.docx

《染料敏化太阳能电池 染料光敏化剂.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、染料敏化太阳能电池简介染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工（EPFL）M.Grtzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。染料敏化太阳能电池-结构组成主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组

2、成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。染料敏化太阳电池结构示意图DSC工作原理如下图所示：⑴染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态；⑵处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中；⑶电子扩散至导电基底，后流入外电路中；⑷处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生；⑸氧化态的电解质

3、在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环；⑹和⑺分别为注入到TiO2导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合研究结果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输；染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上；染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。染料光敏化剂在染料敏化半导体太阳能电池中，由于一些宽隙的半导体（如TiO2）的禁带宽度相当于紫外区的能量，因而捕获太阳光的能

4、力非常差，无法将其直接用于太阳能的转换。因此人们寻找到一些可以与这些宽带隙半导体的导带和价带能量匹配的染料，使其吸附在半导体的表面上，利用染料对可见光的强吸收从而将体系的光谱响应延伸到可见区，这种现象就叫做半导体的染料光敏化作用，而具有这种特性的染料就叫做染料光敏化剂，又叫光敏化染料。　　高性能的敏化剂需要具有以下特点：　　(1)能紧密吸附在TiO2表面，要求染料分子中含有羧基、羟基等极性基团；　　(2)对可见光的吸收性能好，在整个太阳光光谱范围内都应有较强的吸收；　　(3)染料分子应该具有比电解质中的氧化还原电对更

5、正的氧化还原电势；　　(4)染料在长期光照下具有良好的化学稳定性，能够完成108次循环反应；　　(5)染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性；　　(6)激发态能级与TiO2导带能级匹配，激发态的能级高于TiO2导带能级，保证电子的快速注入；　　(7)染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。　　金属钌（Ru）的联吡啶配合物系列、金属锇（Os）的联吡啶配合物系列、酞菁和菁类系列、卟啉系列、叶绿素及其衍生物等都可作为光敏化染料。