染料敏化太阳能电池基本概念发展实验思路

染料敏化太阳能电池

-----核壳结构探究目录光伏产业概述&中国光伏产业现状染料敏化太阳能电池概述&具体过程探究研究重点调研&核壳结构深入分析Ⅰ.光伏产业概述&中国光伏产业电池分类电池效率变化趋势Shockley—Queisserlimitation33%2004年欧洲JRC预测本世纪内常规能源及新能源发展趋势中国光伏产业第一阶段——独立光伏系统：100W-100KW，满足边远无电地区用电。无需远距离输电；价格：3－5$/Wp第二阶段——并网光伏屋顶：1KW-10MW，在城市或乡村中并网运行，提供削峰电力。利用建筑物屋顶、外墙和现成的供电线路，节省土地和线路投资；价格：2－3$/Wp第三阶段——沙漠光伏电站：1MW-1GMW，在沙漠、戈壁建造并网光伏电站。充分利用阳光，改造沙漠；价格：1.5－2$/Wp第四阶段——滨海光伏电站：10MW-10GW，靠近沿海经济发达城市供电。节省输电成本，发展电解制氢、贮氢规模化生产、启动氢能经济和海洋经济；价格：1－1.5$/Wp第五阶段——道路光伏电站：10GW—1000GW，建设道路光伏顶棚电站，发展电动交通；价格：<1$/Wp1.体积小、重量轻：单位重量比功率：100-1000W/kg2.寿命长：20-50年（工作25年，效率下降20%）3.零排放：无工质消耗，无噪声，无污染4.运行可靠，使用安全，免维护5.资源广泛（有太阳就有电），分布式电站6.规模大小皆宜，100W-100GW7.能量回收期短：0.8-3.0年；能量增值效应明显：8-30倍8.光伏电含金量高：晴天发电可调峰9.安装容易，建设周期短10.降价潜力大：→1$/Wp太阳能电池的优点Ⅱ

.染料敏化太阳能电池&具体过程探究Thestateofart过程1和2---电子的注入和激发态的衰减DSC中最惊人的发现就是钌的化合物以惊人的速度将电子注入到TiO2

的导带中。染料分子从激发态到基态的衰减称之为染料激发态的寿命。20~60ns。要求激发态的染料在没有衰减就要把电子注入到半导体氧化物的导带中。

D*D++e-过程3----氧化态的染料的重新还原

氧化钛的染料从I-

离子那里获得电子，时间为微妙量级。染料的循环寿命在108

以上，这样就可以在户外有20年的寿命。

3I-+2D+I3-+De-(CB)e-(BC)过程4---电子通过多孔氧化物膜的传输1991年Granzel的电池最令人困惑的就是电荷在纳米晶TiO2

中的快速高效的传输。

相比较紧致结构的材料。过程5和6----半导体中电子和处于氧化态的染料和及电解液的复合

D++e-(CB)DI3

-+2e-(CB)3I-过程7----电解液中电子的接受者在对电极上的反应

通过在FTO上的铂电极的催化。研究上发现Pt簇具有最好的催化效果。

I3

-+2e-(CE)3I-CBTiO2DyeRed:I-1Ox:I3-1fs>ms&nsPt电子的注入速率》fs激发态dye的衰减染料的再生速率》背反应I的速率ms背反应II的速率要足够小铂电极要保证对I-1有足够大的再生速率121233446655fsfs短路电流短路电流，电池处于短接状态下流经电池的电流大小，表征太阳电池所能提供的最

大电流大小。它与染料的电子注入速率、子在TiO2中的复合速率、暗电流以及电池的内阻有很大关系。开路电压开路电压即电路处于开路时DSSC的输出电压，表示太阳电池的电压输出能力。对于DSSC来说，在理论上它取决于TiO2费米能级与电解质的氧化还原电势之差。即Voc=EF–ER/R-ket为I3-暗反应速率常数；[I3-

]

为电解液中I3-

离子的摩尔浓度；Iinj

为敏华染料向TiO2中注入电子的速度。量子产率单色光转化效率光电流工作谱电池的转化效率Ⅲ.核壳结构纳米颗粒纳米一维结构纳米核壳结构大的比表面积来吸附染料尽量减少界面的复合目前的研究热点主要集中在对工作电极形貌的研究核壳结构定义---一种双复合结构，由纳米颗粒，纳米线或是纳米管组成核结构，然后在表面包覆一层别的壳材料。优势---相比较纳米颗粒1.纳米颗粒膜有大的界面积因此增加了复合的概率。2.小尺寸的单个纳米颗粒只能引起半导体表面上有限的能带弯曲，没有电场可以辅助半导体里面电荷的分离。原理1---通过包覆的层可以在半导体/电解液的界面上建立能级的阻挡层，阻碍光生电子和电解液中的氧化还原对的复合。原理2---产生一个电荷极化层，使得二氧化钛的导带漂移，使得开路电压增大。材料的选取---为了建立能级的势垒在半导体和电解液的界面上，要求壳层材料的导带能级要比核材料的导带更负。不同程度的提高，Al2O3

提高的最大，而SnO2

的反而降低。零等势点？零电势点的相对高低就决定了极化电荷的方向。从而决定氧化钛的能带的转移。决定开路电压是否增大。那就把SnO2

作为核材料，TiO2

作为壳材料。1.水热法制备SnO2

小球2.浸渍的方法包覆氧化钛电流未变。电压增大R3：半导体/电解液(1)R3的显著变大说明TiO2shell的形成(2)R3的显著变大说明并联电阻的增大，意味着darkcurrent的减小由于Zn