染敏太阳能电池背景.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,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,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！,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.DS,S,C太阳能电池的结构及原理,4.研究方向,1.,研究历史,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,产生电流的机理,。,1991年，Grtzel,应用,比表面积很大的纳米TiO,2,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 TiO,2,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。,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.,DS,S,C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。,DS,S,C太阳能电池的结构,染料敏化剂,一些半导体(如TiO,2,)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,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,，-,SO,3,H,，-,PO,3,H,2,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,-9,10,-8,s,），,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 TiO,2,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 TiO,2,电极的基础上做了改性工作：,对 TiO,2,进行离子掺杂；,在TiO,2,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热点,。,解决的方法,工作原理,D基态染料分子,D,+,激发态,X卤素分子,X,-,阴离子,4.主要,研究方向,未来的研究方向主要在以下几个方面,：,1.,电极制备的简易化。,2.,染料分子的设计合成。,3.,固态电解质的研究。,谢谢！,