纳米材料在染料敏化太阳能中的应用

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1、纳米材料在染料敏化太阳能中的应用姓名：黄永学号;5802109011班级：环化学院环工091摘要：随着化石能源的逐渐枯竭以及温室气体导致的全球气候变化加剧，寻求新的替代能源及如何减少温室气体的排放等问题，本文将论述染料敏华太阳能的现状，几种常用的能在敏化太阳能中应用的纳米材料和前景关键词:染料敏化太阳能电池、纤维状无TCO染料、透明导电氧化物薄膜TCO等,太阳能是干净、无污染的能源，而且取之不尽、用之不竭近年来，太阳能电池的发展非常迅速，已经广泛应用在国民经济的许多领域。如何提高太阳能电池的光电转化效率以及降低制造成本，目前已成为发展太阳能电池工业的研究重点1

2、染料敏化太阳能电池进展和现状和研究重点和进展1.1染料敏华太阳能的现状.在太阳能电池中，染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，它首先是在1991年由瑞士科学家MichaelGratzer和Brian0’Regan发明的。染料敏化纳米晶太阳能电池(Dye—SensitizedNanocrystallinePhotovoltaicSolarCells)是一种非常有应用前景的清洁太阳能装置，它具有结构简单、成本低廉、易于制造等优点，对光强度变化和温度变化不敏感，光电转化效率较高，光稳定性好，对环境无污染。因此，自它诞生之日起就受到了人们的广泛关注。经过十多年的发

3、展，染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转化效率已稳定在10％左右（1）。此项研究也已列人我国的"973"计划中。目前的研究主要集中在新染料的合成、新型半导体纳米晶 薄膜材料的制备、新型固态电解质的合成以及电池的设计和封装工艺等方面2.几种常用的敏华材料2.1　敏化染料（对敏华材料的要求）敏化染料分子的性质是电子生成和注入的关键因素,作为光敏剂染料须具有以下条件:①对二氧化钛纳米晶结构的半导体电极表面有良好的吸附性,即能够快速达到吸附平衡,而且不易脱落;②在可见光区有较强的、尽量宽的吸收带;③染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性;④激发态寿命足够长,且具有很高的电荷

4、传输效率,这将延长电子-空穴分离时间,对电子的注人效率有决定性作用;⑤具有足够负的激发态氧化还原电势,以保证染料激发态电子注入二氧化钛导带.金属有机配位化合物、纯有机染料、天然植物提取物等都可作为光敏剂.图5中Ru(Ⅱ)(4,4′-二羧酸-2,2′-联吡啶)2(SCN)2是迄今发现性能最好的钌配合物电荷转移敏化剂.（2）2.2几种常用的染料敏华材料2.1.1日本开发出“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池”　　来自日本的研究人员开发出一种“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池(fiber-typeTCO-lessdyesensitizedsolarcell)”，这种太

5、阳能电池是将染料敏化太阳能电池层，环绕着一根长3.5厘米(cm)、直径9毫米(mm)玻璃纤维所组成。　　该研究团队来日本九州岛科技大学的生命科学与系统工程研究所，其研究人员将一层氧化钛、一层敏化颜料，以及一层多孔钛(porousTi)作为电极(正极);一层包含碘等电解质的多孔层，以及一层白金(Pt)与钛作为另一端电极(负极)。　　将上述两种电极顺序环绕着玻璃纤维;而除了该玻璃纤维的两端，整个太阳能电池都以钛覆盖着。将光线从玻璃纤维的一端透进去，光就会被太阳能电池中的染料所吸收，并转换成电力;而若是该纤维稍有倾斜，在光线从另一端出去之前，就不会在表面下的玻璃造成

6、完全反射。　　目前该种太阳能电池所展现的转换效率，在使用某种染料的情况下仅稍高于1%，该数字稍低了些，且由于该种电池使用的玻璃纤维有9mm直径，长度却只有1.5公分左右，因此大约有九成从纤维的一端入射，从另一端出去的光线并没有被转换。　　预计未来该种太阳能电池的净转换率(netconversionefficiency)可望达到10%，被浪费的光线问题能透过增加光纤的长度或是减少纤维直径来克服。　　而该种新型太阳能电池与标准染料敏化太阳能电池的一个最大差异，是新电池并不使用透明电极(透明导电氧化物薄膜TCO)，研究人员计划利用尚未被现有染料敏化太阳能电池所使用的

7、近红外线(near-infrared)能源，来产生电力。（3）2.1.2夏普研究染料敏化太阳能电池以降低生产成本　　据海外媒体报道，夏普已开始研发染料敏化太阳能电池(DSSCs)，希望第2世代的太阳能电池能大幅降低生产成本，并助公司在充满竞争的市场上取得先机。　　这项研究主要在Sharp结晶太阳能电池事业部进行，该事业部位于奈良县葛城市，该公司预计在2020年左右，将该产品商业化推出。　　该公司研究人员表示，高光电转换效率的雏形电池，大多为深绿色，因为这是最适合吸收太阳光的颜色，同时也较不会产生颜色不均的现象。　　通常用于油漆之类的有机染料，含有金属复合体，一

8、接收到太阳光，便会释出电子。利用这项特