簡(jiǎn)介

染料敏化太陽電池主要是模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池。

其主要優(yōu)勢(shì)是：原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)所有原材料和生產(chǎn)工藝都是無毒、無污染的，部分材料可以得到充分的回收，對(duì)保護(hù)人類環(huán)境具有重要的意義。自從1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M. Grtzel教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在該技術(shù)上取得突破以來，歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家投入大量資金研發(fā)。

結(jié)構(gòu)組成

主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對(duì)電極和導(dǎo)電基底等幾部分組成。納米多孔半導(dǎo)體薄膜通常為金屬氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明導(dǎo)電膜的玻璃板上作為DSC的負(fù)極。對(duì)電極作為還原催化劑，通常在帶有透明導(dǎo)電膜的玻璃上鍍上鉑。敏化染料吸附在納米多孔二氧化鈦膜面上。正負(fù)極間填充的是含有氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)，最常用的是I3-/I-。

⑴ 染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài);

⑵ 處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中;

⑶ 電子擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中;

⑷ 處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生;

⑸ 氧化態(tài)的電解質(zhì)在對(duì)電極接受電子后被還原，從而完成一個(gè)循環(huán);

⑹ 和 ⑺ 分別為注入到TiO2 導(dǎo)帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復(fù)合及導(dǎo)帶上的電子和氧化態(tài)的電解質(zhì)間的復(fù)合

研究結(jié)果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到TiO2導(dǎo)帶中去，多層敏化劑的吸附反而會(huì)阻礙電子運(yùn)輸;染料色激發(fā)態(tài)壽命很短，必須與電極緊密結(jié)合，最好能化學(xué)吸附到電極上;染料分子的光譜響應(yīng)范圍和量子產(chǎn)率是影響DSC的光子俘獲量的關(guān)鍵因素。到目前為止，電子在染料敏化二氧化鈦納米晶電極中的傳輸機(jī)理還不十分清楚，有Weller等的隧穿機(jī)理、Lindquist等的擴(kuò)散模型等，有待于進(jìn)一步研究。

特點(diǎn)

DSC與傳統(tǒng)的太陽電池相比有以下一些優(yōu)勢(shì)：

⑴壽命長(zhǎng)：使用壽命可達(dá)15-20年;

⑵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn);

⑶制備電池耗能較少，能源回收周期短;

⑷生產(chǎn)成本較低，僅為硅太陽能電池的1/5～1/10，預(yù)計(jì)每蜂瓦的電池的成本在10元以內(nèi)。

⑸生產(chǎn)過程中無毒無污染;

經(jīng)過短短十幾年時(shí)間，染料敏化太陽電池研究在染料、電極、電解質(zhì)等各方面取得了很大進(jìn)展。同時(shí)在高效率、穩(wěn)定性、耐久性、等方面還有很大的發(fā)展空間。但真正使之走向產(chǎn)業(yè)化，服務(wù)于人類，還需要全世界各國(guó)科研工作者的共同努力。

這一新型太陽電池有著比硅電池更為廣泛的用途：如可用塑料或金屬薄板使之輕量化，薄膜化;可使用各種色彩鮮艷的染料使之多彩化;另外，還可設(shè)計(jì)成各種形狀的太陽能電池使之多樣化。總之染料敏化納米晶太陽能電池有著十分廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景，是具有相當(dāng)廣泛應(yīng)用前景的新型太陽電池。相信在不久的將來，染料敏化太陽電池將會(huì)走進(jìn)我們的生活。