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染料敏化太阳能电池

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几种染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell,缩写为DSSCDSCDYSC[1])是一种廉价的薄膜太阳能电池[2]它是基于由光敏电极和电解质构成的半导体,是一个电气化学系统。这种电池的一种较新的版本——也叫做格雷策尔电池,是由米夏埃尔·格雷策尔(Michael Grätzel)和布赖恩·奥勒冈1991年在洛桑联邦理工学院发明的。[3]米夏埃尔·格雷策尔尔因为本发明而曾荣获2010年千禧年科技獎(2010 millennium technology grand prize)。[4]

具有许多吸引人的特征; 因为它可以用低廉的材料制成(但实际中已经证明它很难摆脱对于贵重金属的限制,并且它的液态的电极对于各种天气的适应也是一个严重挑战),不需要用精细的仪器来制造,这种电池在技术上很有吸引力。而且,其制造过程比以前的电晶体电池要便宜。它可以被制成软片,机械强度大,不需要特别保护就可以防护树枝或者冰雹的撞击。虽然它的能量转换效率比最好的薄膜电池要低,但理论上它们的性价比已足够高,在完成市电平价的情况下可以与化石燃料相提并论。由于化学稳定性问题而被搁置的商业应用[5], 在欧盟光伏路线图英语European Union Photovoltaic Roadmap中预测将在2020年之前显着促进可再生能源发电。

染料敏化太阳能电池

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格雷策尔和奥勒冈制成的太阳能电池类型。
染料敏化太阳能电池的操作。

在1960年代后期,发现照明的有机染料可以在电化学电池中的氧化物电极处产生电。[6]

结构

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在格雷策尔和奥勒冈的设计方案中,电池有3个主部分。顶端是以掺氟的二氧化锡(SnO2:F)制成的透明阳极,置于一平板(一般是玻璃製)背面。这个可传导平板背面有一薄层二氧化钛(TiO2),组成一个高度多孔的结构,有着很高的表面面积。TiO2只吸收一小部分太阳光子(紫外辐射的光子)。[7]这块平板置于由光敏的钌-多吡啶染料(亦称分子感光剂[7])和溶剂的混合物中。将薄膜在染料溶液中浸湿后,染料薄膜会与TiO2层形成共价键。

產業

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目前全世界宣稱投入者眾多,但迄今無產業尚未發展完整;即便目前實驗室效率達15%在生產上仍有不少限制與突破點需克服;台灣DSSC產業鏈完整,永光、長興、台塑、福盈及造能科技佈局產業上下游完整。

参阅

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参考资料

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  1. ^ Haiying Wan, "Dye Sensitized Solar Cells" 互联网档案馆存檔,存档日期2006-09-11., University of Alabama Department of Chemistry, p. 3
  2. ^ "Dye-Sensitized vs. Thin Film Solar Cells" 互联网档案馆存檔,存档日期2006-02-10., European Institute for Energy Research, 30 June 2006
  3. ^ Brian O'Regan, Michael Grätzel. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 24 October 1991, 353 (6346): 737–740. Bibcode:1991Natur.353..737O. doi:10.1038/353737a0. 
  4. ^ Professor Grätzel wins the 2010 millennium technology grand prize for dye-sensitized solar cells, Technology Academy Finland, 14 June 2010.
  5. ^ Tributsch, H. Dye sensitization solar cells: a critical assessment of the learning curve. Coordination Chemistry Reviews. 2004, 248 (13–14): 1511–1530. doi:10.1016/j.ccr.2004.05.030. 
  6. ^ Gerischer,H.; Michel-Beyerle,M.; Rebentrost, E.; Tributsch, H. Sensitization of Charge-Injection into Semiconductors with Large Band Gap. Electrochimica Acta. 1968, 13 (6): 1509–1515. doi:10.1016/0013-4686(68)80076-3. 
  7. ^ 7.0 7.1 Juan Bisquert, "Dye-sensitized solar cells"页面存档备份,存于互联网档案馆), Departament de Física, Universitat Jaume I