染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池Dyese
sitizedsolarCellsDSSC电池主要由宽带隙的多孔
型半导体如TiO2Z
O等、敏化层有机染料敏化剂及电解质或p型半导体组成。由于采用了成本更低的多孔的
型TiO2或Z
O半导体薄膜及有机染料分子不仅大大提高了对光的吸收效率还大规模地降低了电池的制造成本所以具有很好的开发应用前景。按照吸附层和电解质的不同DSSC电池又包括两种类型含有液体电解质的染料敏化光电化学电池DyeSe
sitizedPhotoelectro2chemicalCellsDSPEC固体有机电解质的染料敏化异质结太阳能电池DyeSe
sitizedHeteroju
c2tio
SolarCellsDSH电池。Gratzel等人于1993年在Nature上报道了用联吡啶钌染料RuL2SCN2L22’bipyridyl44dicarboxylate即22’联吡啶44’二羧酸作敏化剂的DSPEC太阳能电池能量转化效率达到10以上。该染料具有很高的稳定性经过5×107次循环相当于在自然光下20年都不会有光伏损失使这种技术商业化应用成为可能。由于采用了廉价的TiO2材料和有机敏化剂这种电池转化效率高制造工艺更加简单成为近年来的研究热点。
染料敏化太阳能电池的结构和工作原理
DSC电池的结构如图1所示主要包括3部分吸附了染料的多孔光阳极、电解质和对电极。染料吸收光子后发生电子跃迁光生电子快速注入到半导体的导带并经过集流体进入外电路而流向对电极。失去电子的染料分子成为正离子被还原态的电解质还原再生。还原态的电解质本身被氧化扩散到对电极与外电路流入的电子复合这样就完成了一个循环。在DSC电池中光能被直接转换成了电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。电荷在半导体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。此外由于染料的高吸光系数只需几到十几个微米厚的半导体薄膜就可以满足对光的吸收使DSC电池成为真
f正的薄膜电池。DSC电池是光阳极、染料、电解质和对电极的有机结合体缺一不可。
染料敏化太阳能电池的发展和研究现状
多孔半导体光阳极多孔半导体光阳极是DSC电池的核心之一它是染料分子的载体同时也起着分离、传输电荷的作用。早期的光阳极为平板电极表面积很小染料吸附量有限因此电池的效率很低。1991年Grtzel教授等采用大比表面积的纳晶TiO2多孔膜作为光阳极大幅度提高了染料的r