染敏太阳能电池背景

1、染料敏化太阳能电池(DSSC) -背景知识介绍马朋莎 太阳能：无穷无尽、清洁的能源其应用：光合作用光电转换 光热转换太阳能电池 分类：硅基太阳能电池,薄膜太阳能电池,有机基太阳能电池,新概念太阳能电池目前所用的太阳能电池大多采用硅材料。优点：稳定性和可靠性都相当好，室外环境下工作寿命超过几年。缺点：价格过高，难以实现产业化。多晶硅太阳能路灯染料敏化太阳电池染料敏化太阳电池 模仿光合作用优势：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，寿命长，部分材料可以得到充分的回收，环保！环保！光合作用主要内容1.研究历史2.我国染料敏化太阳电池的研究历史3.DSSC太阳能电池的结构及原理4.研究方向1.研究历史

2、 19世纪早期的照相术：1837年，Daguerre制出世界上第一张照片。两年后，Fox Talbot将卤化银用于照片制作，但是由于卤化银的禁带宽度较大，无法响应长波可见光。染料敏化效应的最早报导：1883年，德国光电化学专家Vogel发现有机染料能使卤化银乳状液对更长的波长敏感。1887年，Moser将这种染料敏化效应用到卤化银电极上，延伸到光电化学领域。染料敏化领域重要事件：1964年，Namba和Hishiki发现同一种染料对照相术和光电化学都有效。达盖尔银版摄影塔波特The open door 20世纪60年代，德国的Tributsch发现了染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的机

3、理。1991年，Grtzel应用比表面积很大的纳米TiO2颗粒，使电池的效率达到7.1 %，取得了染料敏化太阳能电池领域重大突破。染料敏化纳米晶 TiO2 薄膜太阳电池:薄膜具有很高的比表面积和较高的光电转换率， 价格低廉、工艺简单、稳定的性能和寿命长等，成为世界各国研究机构争相开发的研究热点。2.我国染料敏化太阳电池的研究历史1、我国科研研究小组在九十年代中后期开始跟踪研究该项技术（中科院、北大等高校）。2、中科院等离子体所、化学所和理化所的研究小组在中科院院长特别基金的支持下，开展了前期的跟踪研究，于2000年6月，该项研究被中科院列入中科院知识创新项目。3、2000年10月，“低价、长寿

4、新型光伏电池的基础研究” 项目列入国家重点基础研究规划项目（973计划）（中科院等离子体物理研究所、南开大学）。中国首个染料敏化太阳电池示范电站2004年，IPP建成了500瓦规模的小型示范电站，光电转换效率5 %。3.DSSC太阳能电池的结构及原理DSSC主要包括：染料敏化剂、光阳极、氧化还原电解质和阴极。DSSC太阳能电池的结构染料敏化剂一些半导体(如TiO2)的禁带宽度相当于紫外区的能量，只能吸收太阳光中的紫外光，太阳光利用效率低。与半导体的导带和价带能量相匹配的染料吸附在半导体的表面，利用染料对可见光的强吸收而将体系的光谱响应延伸到可见光区-染料光敏化剂 直接影响DSSC的光电转换效率

5、吸收尽可能多的太阳光；紧密吸附在纳米晶网络电极表面（-COOH，-SO3H，-PO3H2等）；与相应的纳米晶的能带相匹配；激发态寿命足够长多数染料激发态寿命很短（10-910-8s），通过某种形式的化学键键合到电极表面以利于电荷的有效注入。要求有吸附性能良好的基团 ，基团直接引入到发色团中，可提高光电转化效率。理想光敏染料具备条件:敏化剂的种类：吡啶金属络合物系列吡啶钌系列（可见光区有较强的吸收，稳定性高，氧化还原性能可逆） N3染料、N719染料和黑染料结构式羧酸多吡啶酞菁（Phthalocyanine）系列卟啉（Porphyrin）系列纯有机染料系列无机化合物系列光阳极材料光阳极：透明的导

6、电玻璃及其上面覆盖的一层染料敏化半导体薄膜。半导体材料：金属硫化物或硒化物 、钙钛矿以及钛、锡、锌等的氧化物 薄膜是光电转换的前提和基础， 纳米 TiO2的微观结构对太阳能电池PCE影响：粒径太大，染料的吸附率低；粒径太小， 界面太多， 晶界势垒阻碍载流子传输， 载流子迁移率低。很多人在 TiO2电极的基础上做了改性工作：对 TiO2进行离子掺杂；在TiO2纳米晶薄膜表面复合上一定厚度的其他半导体化合物薄膜.电解质组成：有机溶剂（乙腈），氧化还原电对（I-/I），添加剂作用：复原染料，传输电荷，改变体系的热力学和动力学特性。组成及溶剂配方对太阳能电池的效率影响大，要求其中还原剂必须能迅速地还原染料正离子，而自身还原电位要低于电池电位。液态电解质含易挥发的有机溶剂,电池的长期稳定性差。 使用不挥发、电导率高的离子液体；加入高分子凝胶剂，形成准固态凝胶高分子，保持体系的高导电性和高转换效率，降低溶剂挥发。全固态染料敏化太阳能电池也是研究