新生化學(xué)挑戰(zhàn)賽A5組李磊王立豐王瑞主講人：王立豐染料敏化太陽能電池12

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工業(yè)誕生背景4

產(chǎn)品優(yōu)越性工作相關(guān)原理

當(dāng)今瓶頸問題染料敏化太陽能電池在能源危機(jī)日益加深的今天，由于化石能源的不可再生；氫能利用中的儲(chǔ)氫材料問題依然沒有解決；核能、風(fēng)能利用難以大面積推廣；太陽能作為另一種可再生清潔能源足以引起人們的重視。利用太陽能，已經(jīng)是各相關(guān)學(xué)科一個(gè)很重要的方向?；茉春四茱L(fēng)能太陽能1工業(yè)誕生背景能源危機(jī)問題1工業(yè)誕生背景單晶硅太陽能電池1991年之前，人們對太陽能的利用停留在利用半導(dǎo)體硅材料太陽能電池上，這種太陽能電池雖然已經(jīng)達(dá)到了超過25%的轉(zhuǎn)化效率但是它的光電轉(zhuǎn)化機(jī)理要求材料達(dá)到高純度且無晶體缺陷，再加之硅的生產(chǎn)價(jià)格居高，這種電池在生產(chǎn)應(yīng)用上遇到了阻力1工業(yè)誕生背景新型太陽能電池1991年，瑞士的Gr‘tzel教授小組做出了染料敏化太陽能電池，他們的電池基于光合作用原理，以羧酸聯(lián)吡啶釕配合物為敏化染料，以二氧化鈦納米薄膜為電極，利用二氧化鈦材料的寬禁帶特點(diǎn)，使得吸收太陽光激發(fā)電子的區(qū)域和傳遞電荷的區(qū)域分開，從而得到了7.1%的高光電轉(zhuǎn)換效率，這種電池目前轉(zhuǎn)換效率已高達(dá)15%。2工作相關(guān)原理染料敏化太陽能電池主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對電極和導(dǎo)電基底等幾部分組成。納米多孔半導(dǎo)體薄膜通常為金屬氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明導(dǎo)電膜的玻璃板上作為負(fù)極。對電極作為還原催化劑，通常在帶有透明導(dǎo)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(fù)極間填充的是含有氧化還原電對的電解質(zhì)，最常用的是Iˉ/I3ˉ。染料敏化太陽能電池

2工作相關(guān)原理1）當(dāng)能量低于半導(dǎo)體的禁帶寬度且大于染料分子特征吸收波長的入射光（h

）照射到電極上時(shí)，吸附在電極表面的基態(tài)染料分子（D）中的電子受激躍遷至激發(fā)態(tài)。D+h

→D*（染料激發(fā)）

（1-1）

2）激發(fā)態(tài)染料分子(D*)將電子注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中，此時(shí)染料分子自身轉(zhuǎn)變氧化態(tài)。

D*→D++e-→Ecb

（1-2）

3）處于氧化態(tài)的染料分子（D+）則通過電解質(zhì)（I-/I3-）溶液中的電子給體（I-），自身恢復(fù)為還原態(tài)，使染料分子得到再生。3I-+2D+→