染料敏化电池染料敏化太阳能电池——结构组成及原理

发布网友 发布时间：2024-08-20 20:24

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热心网友 时间：2024-08-23 18:00

染料敏化电池(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)的结构组成复杂而关键，主要包括几个部分：首先，是纳米多孔半导体薄膜，常见的是金属氧化物如二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)或氧化锌(ZnO)，这些材料通常沉积在带有透明导电膜的玻璃板上，作为电池的负极。

对电极则扮演着还原催化剂的角色，通常在玻璃上镀上铂，作为电池的正极。在这些材料之间，染料敏化剂被吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上，起到捕捉光能的作用。电解质填充在正负极之间，常见的选择是含有碘三碘化物(I3/I-)的氧化还原体系。

DSSC的工作原理是这样的：当染料分子吸收太阳光后，从基态跃迁至激发态，随后，激发态的染料会将电子注入到半导体导带中，这些电子通过导电基底传递到外部电路。在此过程中，氧化态的染料被还原态的电解质还原，完成一个电子传输循环。电子在TiO2导带中的复合以及染料激发态与氧化态电解质的复合过程也至关重要。

研究结果显示，染料分子需要紧密吸附在TiO2表面以促进电子注入，过多的层会阻碍电子传输。染料的激发态寿命短暂，因此化学吸附在电极上最为理想。染料的光谱响应范围和量子产率直接影响DSSC的光能捕获效率。然而，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的具体传输机制仍存在许多未解之谜，是未来研究的重点。

染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工（EPFL）M. Grtzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。

热心网友 时间：2024-08-23 18:04

染料敏化电池(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)的结构组成复杂而关键，主要包括几个部分：首先，是纳米多孔半导体薄膜，常见的是金属氧化物如二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)或氧化锌(ZnO)，这些材料通常沉积在带有透明导电膜的玻璃板上，作为电池的负极。

对电极则扮演着还原催化剂的角色，通常在玻璃上镀上铂，作为电池的正极。在这些材料之间，染料敏化剂被吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上，起到捕捉光能的作用。电解质填充在正负极之间，常见的选择是含有碘三碘化物(I3/I-)的氧化还原体系。

DSSC的工作原理是这样的：当染料分子吸收太阳光后，从基态跃迁至激发态，随后，激发态的染料会将电子注入到半导体导带中，这些电子通过导电基底传递到外部电路。在此过程中，氧化态的染料被还原态的电解质还原，完成一个电子传输循环。电子在TiO2导带中的复合以及染料激发态与氧化态电解质的复合过程也至关重要。

研究结果显示，染料分子需要紧密吸附在TiO2表面以促进电子注入，过多的层会阻碍电子传输。染料的激发态寿命短暂，因此化学吸附在电极上最为理想。染料的光谱响应范围和量子产率直接影响DSSC的光能捕获效率。然而，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的具体传输机制仍存在许多未解之谜，是未来研究的重点。

染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工（EPFL）M. Grtzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。