染料敏化太阳能电池DSSC.ppt

染料敏化太阳能电池 2013年由瑞士洛桑联邦理工学院 (Michael Gratzel)的研究小组、英国牛津大学和日本桐荫横滨大学的研究小组，分别独立开发出了转换效率超过15％的固体型染料敏化太阳能电池。 染料敏化太阳能电池（DSSC） DSSC发展简介 目前，DSSC的光电转化效率已能稳定在13％以上，寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10。低成本是DSSC的突出优势。 其他优势 生产工艺简单，易于大规模工业化生产； 制备电池耗能较少，能源回收周期短； 制成透明的产品，应用范围广； 在各种光照条件下使用； 光的利用效率高； 对光阴影不敏感…… DSSC的组成 效率的影响因素很多： 形貌、表面改性、离子掺杂等： 主要是影响染料吸附量、能带匹配度、电子传输速度等 这种结构的DSSC的前身是日本桐荫横滨大学教授宫坂力的研究小组于2009年4月提出的太阳能电池。当时，很多人尝试采用无机半导体微粒——量子点作为敏化材料，制造“量子点增感型太阳能电池”。宫坂指出“量子点效率低，并且存在电流反向流动等许多课题”。因此，将目光转向了CH3NH3PbI3。CH3NH3PbI3不仅能高效吸收从可见光到波长800nm的广谱光，还具有能在TiO2等多孔质材料上直接化学合成的特点。非常适合涂布工艺。? 不过，宫坂等人在2009年试制时，采用了传统的DSSC电解液，转换效率只有3.8％。 2012年牛津大学研究人员，用固体型DSSC的HTM的“螺二芴化合物”取代了液态电解液，结果转换效率首次突破10％，达到了10.9％ * * 据物理学家组织网报道，瑞士材料科技联邦实验室（Empa）一个研究小组开发出一种新的薄膜太阳能电池，以CIGS（铜铟镓硒）为光电转换材料，用柔软灵活的高分子聚合物作衬底，其光电转化率达到20.4%。而此前的世界纪录是该研究小组在2011年5月实现的18.7%。 北极星太阳能光伏网：Solar3D公司开发了三维太阳能电池技术。2011年，该公司宣布，其必威体育精装版设计的三维硅太阳能电池转化率超过25%。 2013年1月威锋网报道：英国伦敦帝国理工学院和麦克林公司向人们展示了他们合作研究的项目，项目显示他们设计的光面板可以将太阳能转换率突破?50%?。新技术基于多接面面板技术，采用了一种被称为“?InAlAsSb?四元合金”作为吸收高频率光波的材质。 DSSC的技术指标 DSSC发展简介 3 1 提高DSSC光电效率的研究 3 3 3 4 DSSC的组成及工作原理 3 1 1991年※，Gr?tzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池（ Dye-Sensitized Solar Cells，简称DSSC ）的文章，以较低的成本得到了7%的光电转化效率， 为利用太阳能提供了一条新的途径。 1997年，该电池的光电转换效率达到了10%~11%，短路电流达到18 mA/cm2,开路电压达到720 mV； 1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态 Gr?tzel 电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。 阳极：染料敏化半导体薄膜 阴极：镀铂的导电玻璃 电解质：I3-/I- TiO2膜:5~20um 导电玻璃 叶绿体的结构 纳米晶半导体网络结构相当于叶绿体的内囊体，起着支撑敏化剂染料分子、增加吸收太阳光的面积和传递电子的作用。 敏化剂染料分子相当于叶绿体中的叶绿素，起着吸收太阳光光子的作用。 DSSC和植物的光合作用 染料敏化太阳能电池工作原理图 (1)染料受光激发由基态（S）跃迁到激发态（S*）： (2)激发态染料分子(S*)将电子注入到半导体的导带(cb)上： (4)导带电子与氧化态染料的复合： (6)导带电子与I3-离子的复合： (5)导带电子在纳米薄膜中传输到后接触面（用 BC表示）后，流入到外电路中： (7)I3-离子扩散到对电极上得到电子变成I-： (3)I-还原氧化态染料而使染料再生完成整个循环： 太阳电池受载特性曲线 （1）短路电流（Isc )：当太阳电池的 输出端短路时（V=0)。与入射光强 度成正比。 （2）开路电压（Voc ) ：当太阳电池的 输出端开路时（I=0). （3）填充因子：接上负载R时，所得的 负载I-V曲线如图。当负载Rm使功率输出为最大时，对应的最大功率 Im、Vm：最佳工作电流和最佳工