染料敏化太陽能電池

發佈日期: 2014 年 08 月 11 日 17:56 | 作者: | 分類: 綠能知識
1、簡介:
 
染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell,縮寫為DSSC、DSC 或DYSC)是模仿光合作用原理,研製出來的一種廉價的薄膜新型太陽能電池。是由米夏埃爾•格雷策爾 Michael Grätzel和布賴恩•奧勒岡1991年在洛桑聯邦理工學院發明的。它的較新版本也叫做格雷策爾電池。
 
2、內部構造:
 
主要由納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質、對電極和導電基底等幾部分組成。納米多孔半導體薄膜通常為金屬氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等),聚集在有透明導電膜的玻璃板上作為DSC的負極。對電極作為還原催化劑,通常在帶有透明導電膜的玻璃上鍍上鉑。敏化染料吸附在納米多孔二氧化鈦膜面上。正負極間填充的是含有氧化還原電對的電解質,最常用的是I3-/I-。
 
3、作用過程:
 
⑴ 染料分子受太陽光照射後由基態躍遷至激發態; 
 
⑵ 處於激發態的染料分子將電子注入到半導體的導帶中;
 
⑶ 電子擴散至導電基底,後流入外電路中;
 
⑷ 處於氧化態的染料被還原態的電解質還原再生;
 
⑸ 氧化態的電解質在對電極接受電子後被還原,從而完成一個迴圈;
 
⑹ 和 ⑺ 分別為注入到TiO2 導帶中的電子和氧化態染料間的複合及導帶上的電子和氧化態的電解質間的複合。
 
4、特長:
 
⑴壽命長:使用壽命可達15-20年;
 
⑵結構簡單、易於製造,生產工藝簡單,易於大規模工業化生產;
 
⑶製備電池耗能較少,能源回收週期短;
 
⑷生產成本低,僅為矽電池的1/5~1/10,預計每蜂瓦電池成本在10元以內;
 
⑸生產過程無毒無污染;
 
⑹有比矽電池更為廣泛的用途:可用塑膠或金屬薄板使之輕量化,薄膜化;可使用各種色彩鮮豔的染料使之多彩化;另外還可設計成各種形狀的太陽能電池使之多樣化。
 
5、中國量產化
 
中國河北漢光重工有限責任公司承擔的國內首個染料敏化太陽能電池產業化項目攻克了光電材料、單元封裝、元件封裝等難關,把電池從2×2平方釐米、5×5平方釐米、15×15平方釐米,做到了80×72平方釐米,經檢測,這種大面積的染料敏化太陽能電池的技術指標及穩定性均達到了產業化要求。該公司已具備多種規格型號電池單元的製作能力,其光電流、光電壓及光電效率都已滿足小型用電器的電量要求,具備小批量生產能力。目前中國在該領域的科研水準與世界保持同步,計畫在2015年染料敏化太陽能電池達到20MW的產能。
 
6、種類延伸:圓柱型染料敏化太陽能電池

 

 
 
(1)外形:
 
圓柱型染料敏化太陽能電池長1m,可豎著設置在溫室內使用。太陽能電池單元每個長20cm左右,豎著連在一起形成了1m的長度。
 
 
(2)誕生:
 
這是由研發染料敏化太陽能電池的日本九州工業大學研究生院生命體工學研究科教授早瀨修二在2013年提出的。為擴大染料敏化太陽能電池的應用,本著「能用塗布工藝製造,降低製造成本,實現高轉換效率」的目的,著眼於改變太陽能電池單元的封裝構造,以低成本方法防止水和氧進入太陽能電池單元內的封裝,以使材料穩定,性能不變,因而開發出了圓柱型的染料敏化太陽能電池。
 
 
(3)優點:
 
A、圓柱型的平面只有圓柱的兩端。太陽能電池單元的平面面積減小,減少水和氧從平面進入太陽能電池單元內的源頭,不容易劣化;
 
B、採用跟螢光燈一樣的玻璃管,成本不高;
 
C、轉換效率雖只有6%,但其發電量幾乎不會隨著光的入射角度而變動,所以圓柱型一天的總發電量要高於平面型, 在9月份時是平板型的1.3倍;而在垂直面上設置時,圓柱型與平板型在9月的一天總發電量之差會擴大為2倍;
 
D、能像螢光燈那樣操作,設置很簡單,用戶能自己更換劣化的電池;
 
E、能省占地面積,如溫室栽培作物等地方,垂直設置能使作物耕作面積不受減少。
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