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[交流]
關(guān)于染料敏化太陽能電池的發(fā)展情況
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希望大家交流下關(guān)于染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized Solar Cells, DSC）用光陽極材料工業(yè)化情況和前景如何，想讀這方面的博士，但是不知道情況如何，希望大家了解的給予幫助 [ Last edited by billduke on 2011-4-12 at 11:56 ] |
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 有機(jī)合成、化學(xué)考研--心得，經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)典反應(yīng)、資源等 | 有機(jī)電子學(xué) | 太陽能電池 |
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billduke(金幣+1): 2011-04-25 20:02:30
billduke(金幣+1): 2011-04-25 20:02:30
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原文鏈接：http://www.rd-mv.com/Support-Show.asp?ID=77 染料敏化太陽能電池簡介 DSSC原理 DSSC的結(jié)構(gòu)組成：主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對(duì)電極和導(dǎo)電基底等幾部分組成。納米多孔半導(dǎo)體薄膜通常為金屬氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明導(dǎo)電膜的玻璃板上作為DSSC的負(fù)極。對(duì)電極作為還原催化劑，通常在帶有透明導(dǎo)電膜的玻璃上鍍上鉑。敏化染料吸附在納米多孔二氧化鈦膜面上。正負(fù)極間填充的是含有氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)，最常用的是I3/I-。 DSSC工作原理如下圖所示： ⑴ 染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)； ⑵ 處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中； ⑶ 電子擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中； ⑷ 處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生； ⑸ 氧化態(tài)的電解質(zhì)在對(duì)電極接受電子后被還原，從而完成一個(gè)循環(huán)； ⑹ 和 ⑺ 分別為注入到TiO2 導(dǎo)帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復(fù)合及導(dǎo)帶上的電子和氧化態(tài)的電解質(zhì)間的復(fù)合 研究結(jié)果表明：只有非�？拷黅iO2表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到TiO2導(dǎo)帶中去，多層敏化劑的吸附反而會(huì)阻礙電子運(yùn)輸；染料色激發(fā)態(tài)壽命很短，必須與電極緊密結(jié)合，最好能化學(xué)吸附到電極上；染料分子的光譜響應(yīng)范圍和量子產(chǎn)率是影響DSC的光子俘獲量的關(guān)鍵因素。到目前為止，電子在染料敏化二氧化鈦納米晶電極中的傳輸機(jī)理還不十分清楚，有Weller等的隧穿機(jī)理、Lindquist等的擴(kuò)散模型等，有待于進(jìn)一步研究。 DSSC特點(diǎn)與發(fā)展前景 DSSC與傳統(tǒng)的太陽電池相比有以下一些優(yōu)勢： ⑴壽命長：使用壽命可達(dá)15-20年； ⑵結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，生產(chǎn)工藝簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)； ⑶制備電池耗能較少，能源回收周期短； ⑷生產(chǎn)成本較低，僅為硅太陽能電池的1/5～1/10，預(yù)計(jì)每蜂瓦的電池的成本在10元以內(nèi)。 ⑸生產(chǎn)過程中無毒無污染； 經(jīng)過短短十幾年時(shí)間，染料敏化太陽電池研究在染料、電極、電解質(zhì)等各方面取得了很大進(jìn)展。同時(shí)在高效率、穩(wěn)定性、耐久性、等方面還有很大的發(fā)展空間。但真正使之走向產(chǎn)業(yè)化，服務(wù)于人類，還需要全世界各國科研工作者的共同努力。 這一新型太陽電池有著比硅電池更為廣泛的用途：如可用塑料或金屬薄板使之輕量化，薄膜化；可使用各種色彩鮮艷的染料使之多彩化；另外，還可設(shè)計(jì)成各種形狀的太陽能電池使之多樣化�？傊玖厦艋{米晶太陽能電池有著十分廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景，是具有相當(dāng)廣泛應(yīng)用前景的新型太陽電池。相信在不久的將來，染料敏化太陽電池將會(huì)走進(jìn)我們的生活。 DSC發(fā)展大事記 1839 年，Becquerel發(fā)現(xiàn)氧化銅或鹵化銀涂在金屬電極上會(huì)產(chǎn)生光電現(xiàn)象，證實(shí)了光電轉(zhuǎn)換的可能。 1960 年代，H.Gerischer，H.Tributsch，Meier及R.Memming發(fā)現(xiàn)染料吸附在半導(dǎo)體上并在一定條件下產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，成為光電化學(xué)電池的重要基礎(chǔ)。 1980年代, 光電轉(zhuǎn)換研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向人工模擬光合作用，美國州立Arizona大學(xué)的Gust和Moore研究小組成功模擬了光合作用中光電子轉(zhuǎn)換過程，并取得了一定的成績。Fujihia等將有機(jī)多元分子用L B 膜組裝成光電二極管，開拓了這方面的工作。 1970年代到90年代，R.Memming，H.Gerischer，Hauffe，H.Tributsh等人大量研究了各種染料敏化劑與半導(dǎo)體納米晶間光敏化作用，研究主要集中在平板電極上，這類電極只有表面吸附單層染料，光電轉(zhuǎn)換效率小于1%。 1991年，Grätzel M.于《Nature》上發(fā)表了關(guān)于染料敏化納米晶體太陽能電池的文章以較低的成本得到了>7%的光電轉(zhuǎn)化效率，開辟了太陽能電池發(fā)展史上一個(gè)嶄新的時(shí)代,為利用太陽能提供了一條新的途徑。 1993年, Grätzel M.等人再次研制出光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)10 %的染料敏化太陽能電池, 已接近傳統(tǒng)的硅光伏電池的水平。 1997年，該電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了10%－11%，短路電流達(dá)到18mA/cm2,開路電壓達(dá)到720mV。 1998年，采用固體有機(jī)空穴傳輸材料替代液體電解質(zhì)的全固態(tài)Grätzel電池研制成功，其單色光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到33%，從而引起了全世界的關(guān)注。 2000年，東芝公司研究人員開發(fā)含碘/ 碘化物的有機(jī)融鹽凝膠電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化納米晶太陽能電池，其光電能量轉(zhuǎn)換率7.3 % 。 2001年, 澳大利亞STA 公司建立了世界上第一個(gè)中試規(guī)模的DSC 工廠。 2002 年, STA建立了迄今為止獨(dú)一無二的面積為200m2 DSC 顯示屋頂,集中 體現(xiàn)了未來工業(yè)化的前景。 2002年P(guān)eng Wang等人用含有1 - m e t h y l - 3 -propylimidazolium iodide 和 poly (viylidenefloride-cohexafluoropropylene)離子液態(tài)聚合物凝膠電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化納米晶太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)5.3 % 。 2003年，日本Kohjiro Hara等人報(bào)道了一種多烯染料敏化納米太陽能電 池，其光電能量轉(zhuǎn)換率達(dá)6.8 % 。 2003年，日本Tamotsu Huriuchi等人開發(fā)一種廉價(jià)的indoline染料，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)6.1 % 。 2003年，Akrakawa工作組用香豆素染料做敏化劑的太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)7.7 % 。 2003年，Grätzel小組報(bào)道了以兩性分子染料與多孔聚合物電解質(zhì)組裝的準(zhǔn)固態(tài)納米晶太陽電池，在AM 1.5模擬太陽光下光電轉(zhuǎn)換率高于6%。 2003年，臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院能源研究所應(yīng)用納米晶體開發(fā)出的染料敏化太陽能電池，根據(jù)報(bào)道，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)8 % ~ 1 2 % ，目前納米晶體太陽能電池技術(shù)在海外已開始商品化，初期效率約5 % 。 2003年，中國科學(xué)院等離子體物理研究所（IPP）成功制備出光電轉(zhuǎn)換效率接近6%的15 ×20cm2 及40 ×60cm2 的電池組件。 2004年,中國科學(xué)院等離子體物理研究所（IPP）建成了500瓦規(guī)模的小型示范電站,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)5 %。 2004年，韓國Jong Hak Kim等使用復(fù)合聚合電解質(zhì)全固態(tài)染料敏化納米晶太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)4.5% 。 2004年，日立制作所試制成功了色素（染料）增感型太陽能電池的大尺寸面板，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換效率試驗(yàn)中得出的數(shù)據(jù)為9.3% 。 2004年，染料敏化納米晶太陽能電池開發(fā)商Peccell Technologies公司(Peccell)宣布其已開發(fā)出電壓高達(dá)4 V ( 與鋰離子電池電壓相當(dāng)) 的染料敏化納米晶太陽能電池，可作為下一代太陽能電池，有可能逐漸取代基于硅元素的太陽能電池產(chǎn)品 2004年，日本足立教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組用TiO2納米管做染料敏化納米晶太陽能電池電極材料其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)5 % ，隨后用TiO2納米網(wǎng)絡(luò)做電極其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.33% 。 2006年，日本岐阜大學(xué)(Gifu University)開發(fā)的基于二氫吲哚類有機(jī)染料敏化的電沉積納米氧化鋅薄膜的塑性彩色電池效率達(dá)到了5.6 % 。 2006年，日本桐蔭橫濱大學(xué)開發(fā)的基于低溫TiO2 電極制備技術(shù)的全柔性DSC 效率超過了6%。 目前，DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率已能穩(wěn)定在10％以上，據(jù)推算壽命能達(dá)15～20年，且其制造成本僅為硅太陽能電池的1/5～1/10。 |
6樓2011-04-14 14:40:49
billduke(金幣+2): 2011-04-15 22:14:55
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太陽能 MicroFab正在開發(fā)基于公司專利的按需打印技術(shù)的太陽能電池生產(chǎn)工藝，具有低成本，大容量，穩(wěn)定等特點(diǎn)。該系統(tǒng)能在任意類型底板（包括塑料等）打印任意尺寸的太陽能電池，使其取代傳統(tǒng)的無機(jī)硅基太陽能電池。當(dāng)前的研究焦點(diǎn)在現(xiàn)有的塊材異質(zhì)接面有機(jī)光伏材料。 相關(guān)論文： Low-cost Solar Cell Fabrication by Drop-on-Demand Ink-jet Printing V.G. Shah and D.B. Wallace, Proc. IMAPS 37th Annual International Symposium on Microelectronics, Long Beach, Ca, November 14-18, 2004 |
7樓2011-04-14 14:49:35
9樓2011-04-15 22:08:52
10樓2011-04-15 22:33:18
11樓2011-04-20 21:53:38
12樓2011-04-21 22:44:21
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小木蟲(金幣+0.5):給個(gè)紅包，謝謝回帖
billduke(金幣+3): 2011-04-22 11:03:03
小木蟲(金幣+0.5):給個(gè)紅包，謝謝回帖
billduke(金幣+3): 2011-04-22 11:03:03
| http://dssc.brchina.net/read.php?tid=158這個(gè)網(wǎng)站是染料敏化太陽能電池的討論論壇。新型能源都是熱點(diǎn)，現(xiàn)在DSSC蠻熱的，國內(nèi)有很多地方在做，但是DSSC產(chǎn)業(yè)化還有一定的困難，讀博出來后如果產(chǎn)業(yè)化成功，那就很好找工作。但是不能產(chǎn)業(yè)化就不行了�，F(xiàn)在還有人再做有機(jī)太陽能電池OPC，據(jù)說蠻有前景的。你是什么專業(yè)的？ |
13樓2011-04-21 23:33:13
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小木蟲(金幣+0.5):給個(gè)紅包，謝謝回帖
小木蟲(金幣+0.5):給個(gè)紅包，謝謝回帖
| 要做染敏去中科院等離子體物理研究所，戴松元老師課題組。中國大面積染料敏化電池就是由他們做出來的。目前最前沿的染敏電池是二氧化鈦納米管陣列p-n異質(zhì)結(jié)染料敏化太陽能電池。納米管陣列將是染敏電池上市的推動(dòng)力，在日本，通過納米管陣列的構(gòu)建及其上的p-型染料的吸附，光轉(zhuǎn)換效率已達(dá)16%。共混、納米顆粒吸附染料然后成膜的染敏時(shí)代即將結(jié)束，雖然中國還大興其道。要做染敏，就希望你找最前沿的老師，因?yàn)楫吘顾芸鞎?huì)被塑料太陽能電池取代。 |
14樓2011-04-25 20:08:30
15樓2012-02-02 13:59:24
16樓2012-09-25 09:02:26
17樓2013-02-13 19:30:30
18樓2013-02-13 19:38:17
19樓2013-09-03 18:51:08
20樓2014-06-19 15:23:56
21樓2014-10-06 10:43:30
簡單回復(fù)
陳楹楹8樓
2011-04-14 14:53
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