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染料敏化太阳能电池中的染料共敏化行为研究(2)

时间:2018-08-07 20:16来源:毕业论文
料硅的价格昂贵,生产成本很高,而且对材料的纯度要求也很高,所以这种电池无法大规模 的使用。所以一种工艺简单、价格便宜、转换效率高的新型太


料硅的价格昂贵,生产成本很高,而且对材料的纯度要求也很高,所以这种电池无法大规模
的使用。所以一种工艺简单、价格便宜、转换效率高的新型太阳能的出现是必然的,而染料
敏化太阳能电池在一定程度上能很好的解决上述问题。
对于 DSSC 的研究最早可以追溯到上世纪 60 年代, 德国科学家H.Gerischer, H.Tributsch,
Meier 及R.Memming 等人无意间发现染料吸附在半导体上能在一定条件下产生电流。但由于
当时染料敏化太阳能电池的光电转换效率一直很低,所以染料敏化太阳能电池在早期研究时
并没有得到人们的重视。 直到1991年, 瑞士洛桑高等工学院(EPFL)的Brian O’Regan和Grätzel
M.教授等人发明了染料敏化太阳能电池[1],光电转化效率高达 7.1%,而且由于其制作成本较低廉,引起了全世界的关注。在此后的十几年间,研究工作者竭力改进染料敏化太阳能电池
的电池构造以及运作机理, 使染料敏化太阳能电池的研究得到了快速、 稳步的发展。 虽然 13%
的转换效率远远低于多晶硅太阳能电池 15%~18%[2]的效率,但是作为一种新型的太阳能电池,其廉价的生产成本(约为硅电池的 1/5~1/10[3])以及其简单的制作工艺,已经让染料敏化
太阳能电池取代半导体硅太阳能电池成为可能。最近研究成果显示,现在染料敏化太阳能电
池的转换效率能达到 13%左右,但是它的制造成本仅为半导体硅太阳能电池的 10%~20%。
但是 DSSC 电池作为一种新型能源依然有以下几个问题有待学者们去解决: (1)优化
DSSC 的电池结构,以达到更高的光转换效率和更强的适应性。 (2)发现更加合适的固态电
解质以替代现阶段所用的液态电解质,以求更大程度的提高 DSSC的稳定性; (3)研究发现
性能稳定、光响应波谱反应宽的光敏化染料、生产成本低的电极材料。因此解决染料敏化太阳能电池的电极材料、电解质、光敏化染料等的技术问题依然需要广大科学工作者为之付出
不懈的努力,将更加清洁的、高效的、方便的能源带入寻常百姓家是人类共同的愿望,也是
人类全面、协调、可持续发展的必然结果[4~6]。
在 DSSC中的单个理想染料应该吸收全部可见光并流畅的转移电子到 TiO2电极,但是在
实际实验中几乎不可能合成出这样的完美的单一染料。能够在整个紫外到近红外这么宽的谱
段内,对太阳光都具有很强的吸收,如此完美的染料还未被制造出来。现在的一个主要问题
是在长吸收光谱中使用单个染料的时候,因为染料最低的空的分子轨道接近 TiO2组织,所以
从染料中注射电子到 TiO2电极中是非常困难的。无论如何,众所周知一个混合染料有不同的
吸收光谱。因为电子传输会发生在两种染料之间,所以从染料之间注入电子仍然十分困难。
尽管如此,DSSC 混合染料共敏化太阳能电池实现高性能也是有可能的。实验发现,使用两
个或两个以上光吸收能力互补的光敏化染料作为共敏化剂敏化TiO2电极,可以弥补单一染料
吸收波长谱段太窄或者吸收强度不大的缺陷,从而拓宽电池的光电响应范围或者增强电池对
光的吸收能力。要获得高效的共敏化染料,所选取的染料必须具备以下三个特点[7]:(1)染料要容易吸附在电极表面;(2)染料的激发态电子与电极的导带电位相互匹配;(3)各染
料的光吸收能力可以很好的互补。
Hayase 教授课题组采用 CO2气氛下快速吸附 N749 黑染料black dye(BD) ,其余部分吸
附 NK3705 染料的方法,实现了TiO2多孔膜上的双染料吸附效应,使得最终的电池短路电路值达到 21.8 mA cm-2 染料敏化太阳能电池中的染料共敏化行为研究(2):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_20981.html
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