染料敏化纳米晶体太阳能电池.ppt

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演讲者：
研究背景
01
工作原理
02
研究进展
03
主要内容
研究背景
具有明显的区域性
风能；水能；地热；潮汐；太阳能等
可再生能源：
可再生能源：
传统化石能源
能源枯竭 石油：42年，天然气：67年，煤：200年 。
环境污染 每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，造成
全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重
影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。
传统化石能源
能源枯竭 石油：42年，天然气：67年，煤：200年 。
环境污染 每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，造成
全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重
影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。
风能；水能；地热；潮汐；太阳能等
太阳能的利用
洁净能源： 与 石 油、煤炭等矿物燃料不同，不会
导致“温室效应”，也不会造成环境污染
太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池！
资源丰富： 40分钟照射地球辐射的能量＝全球人类
一年的能量需求
使用方便： 同水能、风能等新能源相比，不受地域
的限制，利用成本低。
太阳能电池
按照所用材料的不同：
硅太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅）
（光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！）
以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池
（镉：剧毒。铟、硒：稀有元素）
功能高分子材料制备的大阳能电池
（处于研发初期、转化效率低、使用寿命短）
染料敏化纳米晶体太阳能电池
（正在研发）
Table 1 Performances of Main Solar Cells
M. Grätzel, Photoelectrochemical cells, Nature 2001(414), 338
Type of cell
Efficiency (%)
Research and technology needs
Cell
Module
Crystalline silicon
24
10-15
Higher production yields, lowering of cost and energy content
Multicrystalline silicon
18
9-12
Lower manufacturing cost and complexity
Amorphous silicon
13
7
Lower production costs, increase production volume and stability
CuInSe2
19
12
Replace indium (too expensive and limited supply), replace CdS window layer, scale up production
Dye-sensitized solar cells
10-11
7
Improve efficiency and high-temperature stability, scale up production
Bipolar AlGaAs/Si photoelectrochemical cell
19-20
-
Reduce materials cost, sale up
Organic solar cell
2-3
-
Improve stability and efficiency
Margolis and Kammen, Science 285, 690 (1999)
Efficiency of Photovoltaic Devices
1950
1960
1970
1980
1990
2000
5
10
15
20
25
Efficiency (%)
Year
crystalline Si
amorphous Si
nano TiO2
CIS/CIGS
CdTe
染料敏化纳米晶体太阳能电池
目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10％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.
※ Ref： O’Regan Grätzel M., Nature, 1991,353,737~740
1991年※，Grätzel 《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DSSCs ）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18mA/cm2,开路电压达到720mV；
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
Gratzel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。
01
制成透明的产品，应用范围广；
02
在各种光照条件下使用；
03
光的利用效率高；
04
对光阴影不敏感；
05
可在很宽温度范围内正常工作……
优 点
电池结构
染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）（或称Grätzel型光电化学太阳能电池）主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。
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,1~4mg/cm2
导电玻璃：8~10Ω/□