染料敏化纳米晶体太阳能电池

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1、染料敏化纳米晶体太阳能电池SeminarI指导教师：辛勤研究员孙公权研究员2004.04.12学生：李焕巧DMFC-305主要内容研究背景工作原理研究进展研究背景传统化石能源能源枯竭石油：42年，天然气：67年，煤：200年。环境污染每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，造成全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。可再生能源：风能；水能；地热；潮汐；太阳能等具有明显的区域性中华人民共和国国家发展和改革委员会《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书》传统化石能源能源枯竭石油：42年，天然气：67年，煤：200年。

2、环境污染每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，造成全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。可再生能源：风能；水能；地热；潮汐；太阳能等中华人民共和国国家发展和改革委员会《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书》太阳能的利用洁净能源：与石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”，也不会造成环境污染太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池！资源丰富：40分钟照射地球辐射的能量＝全球人类一年的能量需求使用方便：同水能、风能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。太阳能电池按照所用材料的不同：硅太阳能电池(单晶硅

3、、多晶硅、非晶硅）（光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！）以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池（镉：剧毒。铟、硒：稀有元素）功能高分子材料制备的大阳能电池（处于研发初期、转化效率低、使用寿命短）染料敏化纳米晶体太阳能电池（正在研发）Table1PerformancesofMainSolarCellsM.Grätzel,Photoelectrochemicalcells,Nature2001(414),338TypeofcellEfficiency(%)ResearchandtechnologyneedsCellModuleCrystallinesilic

4、on2410-15Higherproductionyields,loweringofcostandenergycontentMulticrystallinesilicon189-12LowermanufacturingcostandcomplexityAmorphoussilicon137Lowerproductioncosts,increaseproductionvolumeandstabilityCuInSe21912Replaceindium(tooexpensiveandlimitedsupply),replaceCdSwindowlayer,scaleupprodu

5、ctionDye-sensitizedsolarcells10-117Improveefficiencyandhigh-temperaturestability,scaleupproductionBipolarAlGaAs/Siphotoelectrochemicalcell19-20-Reducematerialscost,saleupOrganicsolarcell2-3-ImprovestabilityandefficiencyMargolisandKammen,Science285,690(1999)EfficiencyofPhotovoltaicDevices195

6、019601970198019902000510152025Efficiency(%)YearcrystallineSiamorphousSinanoTiO2CIS/CIGSCdTe染料敏化纳米晶体太阳能电池目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10％以上，寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10.※Ref：O’ReganB.andGrätzelM.,Nature,1991,353,737~7401991年※，GrätzelM.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池（DyeSensitizedSolarCells，简称DSSCs

7、）的文章以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，为利用太阳能提供了一条新的途径.1997年，该电池的光电转换效率达到了10%~11%，短路电流达到18mA/cm2,开路电压达到720mV；1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gratzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。优点制成透明的产品，应用范围广；在各种光照条件下使用；光的利用效率高；对光阴影不敏感；可在很宽温度范围内正常工作……电池结构染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）（或称Grätz