染料敏化太阳能电池简介

发布网友发布时间：2024-08-20 03:29

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热心网友时间：2024-09-01 00:42

染料敏化太阳能电池是一种创新的能源技术，其设计灵感来源于光合作用的自然过程。这种电池的突出优点在于其成本低廉、生产工艺简单，且原材料广泛且环保，部分还可回收，对环境保护具有积极意义。自1991年瑞士洛桑高等工学院的M. Grtzel教授团队取得突破以来，欧、美、日等发达国家对此技术投入了大量研发资源。

其基本构造包括几个关键部分：纳米多孔半导体薄膜，如TiO2、SnO2或ZnO，作为负极，通常覆盖在透明导电膜的玻璃基板上；对电极，通常是铂，作为还原催化剂，附着在另一面的透明导电膜玻璃上；染料吸附在纳米多孔的二氧化钛薄膜表面，形成电解质和电极之间的关键环节。以下是染料敏化过程的主要步骤：

染料分子吸收太阳光后从基态跃迁到激发态。
激发态染料分子将电子注入半导体导带。
电子通过导电基底传递至外部电路。
氧化态染料在电解质还原后恢复原态。
氧化态的电解质在对电极上接受电子后被还原，形成闭合循环。
和
分别是电子注入TiO2导带的复合过程，以及导带上的电子与氧化态电解质的复合。

研究发现，只有靠近TiO2表面的染料分子能有效注入电子，多层染料吸附反而可能阻碍电子传输。染料的激发态寿命短暂，需要紧密绑定到电极上，理想的吸附方式是化学吸附。染料的光谱响应范围和量子产率对太阳能电池的光子捕获效率至关重要。然而，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机制尚不完全清楚，目前有隧穿机理和扩散模型等多种理论，仍需进一步研究。