染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理-pdf

1、染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理写传照的砥充太阳的11池和比，DSSC低廉的成和触的制得过他刎IT大信的现储的獭黑&龈换机理匕笔具欣用捌4iDSSC螂分用到光能后从基杰能级蹈1划激发志健缥并产生心U匕然:说也用:入州陶体曲曲染料分子基金与激发出的翎赭泻P曲酒带旗相仁伯匕/空穴对的分岗力犬LDSSC屿丽均期假小池不脸用摊的跳蒯场而DSSC螂瓣粉子激发志修与半导体用&能级的能;觞田.以及耨;助R猫能褪和I!幡划出化迷蛾对的化学沏叫帷解出，这附唯财的匹配颂通代伸输得以供初3从而产生光电流。D魏螂的瞰31鼬黑俄中解痛置肺学般篇一FDS斓躺的盘转整机甩q以使MDSSC踊腑的材料价祗吼峭I：驰出陶也

2、总乙DSSC1团成木此门老面本俯一加这M4它光伏产加工法比拟礼的行技术的不断进步，艮好的应用小储必格Q现出北恻I益为II的环境何题得到此洛111DSSC结构DSSC的结构如附,1所小,日分为以卜儿个削分：FT0或IT。甘他儿底、1避体光州极蒯鼠染料散化剂、电解液和对电极.(1)中果底DSSC1采用的导比儿底卜也固鼎I的软化曲门0)?也被礴,可山阳S成璃幽上巾啾制比透光率应入世泡卜儿欧舸邙的川灿时热也定件巾小川制(由林摊曲外*邓仲光阳极砌出科领0aMd时平出相聊4!光口限归附见光般化剂他假体，另外也也11f的撤出限输介质电的半导体光川极砌如哂0以卜M丽所川怙体气化物蝴献林电解液画制的髓1砸T甘体

3、部世娜应尽惟多仰蝴蚓分人以吸收更多光；光就刷“泄髀源电甑*谢山机光用极被膜9导电於底印须接触我幼从而实现由他耳移过科染抖犍化枷Dy即染料敏化剂是DSSC吸收光能的大铺IM翁用出的故化前胸献；尽雌的光牺胸剧尽债大的腿滞光系瓢麒杰雕缴你庆阳极机余幅配合物和始有机物敢化也无机纳米半导体敏化剂以及天然染料.(4)电解液(Electrolyte卜主要起着传输离子和使染料加卜:的作用，FI制的电解液需能足：在时电极界面能螂快速的传输电九且与电子能快速的发生氧也还原反应，II在与光阳极的飕鼻榭悔谶触这样可以减少电子的复合，口前的DS3c多以I齿作为电件液中的氧化还原对.当前研究的由解液从形态上可分为淞态、固

4、态及($)环电极(Counter器曲璃B负式催化电解液中电子受体卬H的七个光电化学反应得以循环上亿使用的材料多为PhC鸵PhampnadcIIcciInMjlCfaunLerelirlrudi：KIM嘱悔化太嘛电池的鳍构FigblStructureofDSSC122DSSC工作原理D$SC的工作原理如图12电池中光阳极的限所用的制导体材料多屈于宽禁带金属氧化孤只能作莫收短波长的光临须在海膜上化学吸的光敏见料分子来取收长波长的可见光能置为染料分干得到光能后，染料分子跃迁至激发乱并产生光电人然后产生的光电子注入到金属氧化物半导体的导带中.此时柒料分了从电解质的电子倭檄落到电子回到基品礴翻注入到导带

5、中的电子通过芈后体薄膜的传输，量先进入外电路流向对电极一形成光电况七解初中的b池从对电极进入的电子还1成匚这样就完成一个光电化工3淄环.但白娜液中的li在光阳极上好导体导带中的电子还愿流入外电路的电都受到抑制这被称为DSSCI：勺背反应整个反应过业解液中的电子给体还隙处强化态(向染料分T3r+2炉-4/第闻处激发态的梁Fl9导带巾曲l!含De-I)(5就人半导体导帝I,制卜加过地腴的传输到达导电用就并流向外业路半导体导带中的电Q进入T学体薄则的也f受械价&+2eT盯也干受阳彼如性极闻到电巴炖给体I件I仆2fK小反同位行反应越机由/他乂今的儿卓越小.山川附人救率就越肃：次此如WN小力反应的进力他

6、法II商机内容的个儿也小W隙理可以布上北阳极、义科敬化池电解液和对电极神。市四岫的分I1YM池的各个部分加曲网的发阴怖川，DSSC才筋阅II蜘住伸懦,1.3染料敏化太阳能电池的研究进屣醐唯Gralzd研究小如利用TiO谢米多孔曲膜作为光州机颤集够D3SC仞MgF(AML5)取厘过7%时的光电物换效斜L的MGraf涧教授的小玲乂制制H仝I?彼的IKM?鞘/用过：)叫的小色光的11转排收率ftDSSC成为了光伏地域新加研魅也为r了成懒勒器刎扑岗那怆研究出闻3JDSSC光阳极半导体纳米多孔薄膜光阳极处DSK的主体部件光阳半薄体的聚构及材料等性质对DSSC的性能有着极大的断瓦打阿制备出具有快速电子传输

7、能力和优良的柒料吸附能力的光阳极薄林是m式斛究中十分重要的环节.现今对光阳极的研究上要集中在光阳极材料和结构特独的优化及改良.(I)不同材料及不同结构存征的清眼光明极作为光阳微材札当前研究故多且性能最佳的材料是T纳米颗粒海鼠但其它的优摩带半导体材料如“0等也有研究口溶胶-疑胶法、池射法、水热法，模板匆装法等是获得血多孔薄膜比敏常赚方洒2013年,SonDY等人视用SnO热米颗粒和ZnO纳米棒构成复合光阳极，以此制得的D53C短路电流密度为7.35mA/tW,开路电压为0.6W,尤电转换效率达到了26制*同年,YougSM等人网用一维绪构的WO纳米律作为DSC的/用机并用TiCh处也获得了L61

8、%的光电转换效灯ZnO是一种n型半导体禁带宽度为3.24eY,因此也属宽禁带半导体网友。的电子迁移率比灯6更#%且方0的制备更为物单，故ZM)行堡进一步降低DS冀的成本，2013年PChwLY等人u啦陶纳米线柞列上制备了五ZuO纳米颗粒来提高染料分干的吸阻获得了7.1%的光电转决效率。但是染料分子会与Z小玲今成益，染林配合枷使得电子从激发出向ZnO导带转移变得困难叫因此发掘具有宽光谱响应以及良好性能匹配的染料是提升基于ZnO的DSSCX电转换效率的富点.如今基于规则有序结构的薄膜光阴极的DSSC研究逐渐成为了又一新兴的热点。大量的实验表明规则排列的晶粒有利于电子在光阳极薄膜白的传输、从而提高电

9、池的光电转换效心2012年,PanK等采用TQ纳米带和纳米颗粒的复合箝构获得了754%的光电转化效率叫2013乐Zhuq8等人用阳极中也法我得了基于ZnO纳米棹*纳米片的多层结构光阳极,并取得了L13%的无由转校效率叫同年，H址hTLM等设计的多层不同物径大小的TiO助米釉翅薄眦阳极屏恪的DSSC也获得了相当可观的光电转换效率.RuiYC等人使用金红石相的no郊米棒微4结枸作为光阳极增强了光帆极时此的吸收率“装得了“2%的光电转欺猿率几半导体纳次颗粒多孔植膜性质的改良中他复合儿率.针对于此研究者他用了根多加Q方落其中TiCk处理/酸碱及及厕骗射化处理静叫核余等是比收常见的用友表砧翻木眼如狡细X

10、tTiOj电极的太阳像饰。.法.而包盼所使用的材料股U有比更高的导带能级，翻糖电子如懂版中电子劣懈恨感从而减资音反应02012下，Pa#H等;词究TWO阴MgO时不时M殳为口极的包肌在光口戢年度为15叩灯采川MgQ8i的DS3C取用了2砧%的兆业转化成*此他皆子接您对电极材料的泥带细构进行饮再也力坳光田芍空我的分胤顺DSSC阶解由被金展离?成附I:元素期叱比较多见的种类,Kim等人网在TiO刮米醵忡入C甑提带了DSSC的性曲光由转换效率达到了近6%.1.3.2染料敏化剂染抖僦化描足DSSC吸收用值的关舱部化对垃如如池的泡11转化效率星希卜分电要的捌MII阖义川的第汕”分为4电第啖为力机金属配含

11、物架机1变以加染料、N3,N7N0为上出色桀科对N3染料口仃较宽波氏吸收初乩。叫裁定性不足.他附19次平网悔尔吸收系数依大.II临这系列的财城DSSC的阳川也集取行了I储唧即岫转化效礼站:类为朋:辨增类系列，料.该次来科站较丫开发的染料般化剂之*JUfte足帆学伽碱府的极收相而收换成中的金阚九炳介r的赖屿发山变化幽触网獭嬲耀卜分。利比第类为施疗机费料.这类如料到小做多、摩力的光系数比拈玳火潮;曾到了小常广花的关注.2013%S股hsnaS等叫M道了以川米作为栗利侬花剂除料制品的D$SCJ3和If加至，光山转化效率为。35乐I毗C一同机疑臊血博化剂川学DSSC扎恻类为无机四体集也刚牌禁制十体代点

12、邓被K光储恸他收能力,在TiOz纳米多孔诙肤上而化学吸附军禁带甘体让f品BtthTe,利川其半种体也就和北余部分纨曲如tKN唯也他。2O12U；III招沏刹JCdSS媪点儿：敢化壮行的光电传化蚁格叫窄至带半卧体曲HmMlMlOU成为未来做化太阳帼l!池般俯郦J发展轨以心却成转化还恭礼长期以来，液态电解液一直是DSSC的主要洗棒.液态电解液种类案乳容易进行改性,龈中加入添加剂可有嫡抑制DSSC的背反应叫其缺点也很明显;可导致染*1分子的分箱降低了电池的寿3(2)打装难度大，密封剂可能会与电解减发生反应.液态溶剂的挥发.日前DSSC的产业化最大的问题就是电解质的问队区此准固态也解液和同态电解液才是

13、未来DSSC的最隹/择.准固态电解液杷对液态和上同和喷液有君汉多优点是K相对液态电解犍有更商的稳定性,不易挥发、不与桀料分子发生反应;二是相对固定的电解质.它具有更好的与各个电极界面的接触性.同时制备准固强电解质的过程可利用现有的液体电解赤因此可对其成分进行控制，从而获得不同的性能要求F这些优钟使得准假态电枇贺成为D$C电解质研究的i个重要方瓦刻3隼，FcngQY篝报道的推千淮固态电解质的DSSC获得了6.16%的光电转化效率叫母熊准固态电解质在一定程度匕能聘加DSSC的使用寿龈但其长期稳定性还是存在问匾最轴目标仍排是开发全瞄电解鼠目前前于全懿电解质研究较多的是p型无机半导体材机有机或聚合物空

14、穴传输材料.叫桃懒的册究目前十分活鼠同体电解质应月备的条件愿;副旦荏可见光区蚓率限二邮机蝴质能与魅层触按他11不破耳蛤分子隈整修工一定的空穴导电率、不易光腐快且具疗适当的皆化电势和合适的沉积手段，目前限制醛电解质研究的关廉因素是固体电髀贴染料层接触较络电荷在界面的传输会到题轧清华人学E立铎等人正在枳极研究基F有机类粗酸化或PbS献了点越化g、ZnO的基邦瞄电解质的太阳能电池甦研究开函态和准酹电解质吸2013年崛等用Ti彷纳米做球作光阳极,并使用二件电解质翻的DS$C光电转化效率达到了42叫134对电极对电极也是DSSC的重要组成部分.目前常用的是能有Pt剧的导电放璃，因为就目前来看P时于以15

15、作为电解液中氧化还原对的DS5C性能匹配易传.的对电雕制备方赴要有磁幽轨懒热解和电馥搴然而IU身为贵重金麓作为散射晟制济的DSSC技用了超过6%的火电转化让聿叫这叫M是血居ECM电极材料研究中的四大知昧L35DSSC的产业化前景nmBMM部七的成川理工学院、关国的笈皿庙公司和澳洲的sn公川是全世界觎H内几个知名伯柳兜利开发DSSC的大型机构.国内也州JUi大学、中国科学院等机构也由极a闱曲h$c的巾场化，早在2世纪枇澳洲的sn公百觥L1绵3DSSC加好产业化；iJ2纳啜了个中等规模的生产和制就熟SC的:产线*到10W的现心蝌麟即/皆彝丽悔DS5cM冽乳件.2006年：.Nmrk心山也构也以户I蚀桢的套件口SSd：产线叫同陆太阳能产仞以&曹公“I涮究大I。闱DSSC川W取得了变破性进M,苴砒硼勺旬过1勋d的口SS幽肝股也眄收效率L!超过了6%J用说该公司开发的M1枳DSSC光也栽化效率已经突破了8%这吗打郁戊破住进帷都为DSSC/E未来的产业化道路范加了收实的的L在加瓦中I