多酸在太阳能电池中的应用说课.ppt

目前 GaAs 电池实验室效率可达到 25%以上。但其制备技术复杂，生产成本远高于硅系太阳能电池，因此此类电池目前主要应用于航天领域。 * * AM是air mass的缩写，也就是大气质量的意思。由于太阳入射到地球不同维度的天顶角不同（入射光线与地面法线的夹角），也即光程不同，因此相对的等效大气质量也不同。用公式AM≈1/cos(z)，z为天顶角可知，AM1.5对于与天顶角48.2°，包括中国，欧洲，美国在内的大部分国家都处在这个中纬度区域。因此一般地表上的太阳光谱用都用AM1.5表示，能量取1000W/m2。（太阳能测试标准也是AM1.5）另外，赤道上由于天顶角为0°，所以用AM1表示，而太空中没有大气，用AM0表示。 * 聚乙烯亚胺，poly(ethylene imine)，简称PEI.导电玻璃（FTO）。screen printing丝网印刷术，calcining煅烧，Dye solution ：TiCl4水溶液。P25 指P25型TiO2浆料 * * * AFM原子力显微镜照片， * 聚苯乙烯磺酸（PSS） * * 导带CB，价带VB，electrolyte电解质 * 说明多酸和ZnO纳米粒子结合到一起 * 傅立叶变换红外光谱图 * 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM) * 电子寿命延长，可以接受电子，减小复合的作用。 * dye ：染料的基态，dye+：氧化状态的染料，dye*：激发态的染料，PW12O404–：PW12O403–的还原态，PW12O404–*：PW12O404–的激发态，eCB–氧化锌导带电子 * 种类 材料 单电池效率 模块效率 主要制备方法 优点 缺点 化合物薄膜太阳能电池 砷化镓 ? 19~ 32% 23~30% MOVPE和LPPE技术 效率较高 成本较单晶硅低 易于规模生产 原材料有剧毒 碲化镉 ? 10~ 15% 7~10% 铜铟硒 ? 10~ 12% 8~10% 真空蒸镀法和硒化法 价格低廉 性能良好 工艺简单 原材料来源比较有限 染料敏化太阳能电池 8~11% 5~8% 溶胶凝胶法 水热反应 溅射法 成本低廉 工艺简单 性能稳定 ? 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 ? 3~5% ? 处于研发当中 易制作 材料广泛 成本低 寿命短 染料敏化太阳能电池 染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar cells，简称DSSC) ，其工作原理与传统硅电池不同，它对光的吸收主要通过染料来实现，再通过动力学反应速率来控制电荷的分离传输。DSSC对材料纯度和制备工艺的要求并不高,使得其成本低廉，仅为硅太阳能电池的1/5-1/10左右,为人类推广利用太阳能电池提供了方便。 染料敏化太阳能电池的结构如图 ，主要由导电基底材料、纳米多孔半导体薄膜、染料光敏化剂、电解质和对电极五部分组成。 (1)导电基底材料:最广泛使用的是透明导电玻璃(TCO)，它是在一定厚度（1-3mm）的普通玻璃上镀上导电膜制成的，有 FTO（掺氟的 SnO2）、ITO(氧化铟锡)等。 (2)半导体薄膜：主要是 TiO2多孔薄膜，另外还有 ZnO、Nb2O5、WO3、Ta2O5、CdS、Fe2O3和 SnO2等。 (3)染料敏化剂：对于染料光敏化剂，有无机染料和有机染料。 (4)电解质：分为液体电解质、准固态电解质和固体电解质。目前使用最广泛的是 I-/I3-液态有机溶剂电解质体系。 (5)对电极：所使用的材料主要有铂和碳等，目前应用最广泛的就是在导电玻璃上镀上一层 Pt 来作为对电极。 （1）单色光转化效率（incident photon–electron conversion，IPCE）：它的定义是单位时间内外电路中产生的电子数与入射单色光光子数的比。 （2）开路电压Voc: 当电池的电流为 0 时测得的电压。 （3）短路电流密度Jsc：当电池两端的电压为 0V时测出的电流密度。 染料敏化太阳能电池的重要参数 （4）填充因子FF：最大输出功率Pm与极限输出功率（Jsc×Voc）的比值。 （5）效率 η：衡量电池光电转化性能的指标，定义为输出最大功率与入射光强的比值。 五、多酸/半导体光伏电池的 构建及性能研究 (1)多酸/TiO2复合膜 根据量子化学的计算和安森(Anson)等的研究, 认为多酸阴离子中的M-O骨架具有储存和传输电子的能力, 因此, 可在光电响应中起传输电子的作用。 1991年，瑞士格雷策尔 (Gr?tzel)实验室以纳米多孔TiO2半导体膜作光电极，成功制备出染料敏化太阳能电池，在AM1.5的太阳光照射下光电转换效率达7.1%。随着不断深入的研究，到1997年，该类电池的