染料敏化太阳能电池的研究与发展现状

第28卷 第7~8期

2009年8月

中国材料进展

MATERIALSCHINA

Vol128 No17~8

Aug1

2009

染料敏化太阳能电池的研究与发展现状

于哲勋,李冬梅,秦 达,孙惠成,张一多,罗艳红,孟庆波

(中国科学院物理研究所,北京 100190)

摘 要:介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理。结合实验室的研究工作,概述了影响电池光电转换效率的关键

材料)))光阳极、染料、电解质和对电极的研究现状和发展趋势以及电池放大和模块集成方面的最新进展。

关键词:染料敏化太阳能电池;光阳极;染料;电解质;光阴极;产业化中图分类号:TM91414 文献标识码:A 文章编号:

1674-3962(2009)07-0008-08

ResearchandDevelopmentofDye-SensitizedSolarCells

YUZhexun,LIDongme,iQINDa,SUNHuicheng,

LUOYanhong,MENGQingbo

ZHANGYiduo,

(InstituteofPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)

Abstrac:tAnoverviewoftheprogressinresearchofdye-sensitizedsolarcells(DSCs),includingtheirkeymaterials,

e1g1photoanode,dye,electrolyteandcounterelectrode,ispresented.Meanwhile,recentdevelopmentandbreak-throughsconcerningup-sizingtechnologyandintegrationofDSCshavebeenreviewed.

Keywords:dye-sensitizedsolarcel;lphotoanode;dye;electrolyte;counterelectrode;industrialization

1 前 言

随着社会的飞速发展,人类对能源的需求日益增加。目前,化石能源(煤、石油和天然气等)在能源结构中仍居于主导地位,然而过度开采和使用化石能源所造成的能源危机和环境污染问题已逐渐显现出来,并成为制约经济和社会持续、健康发展的决定因素。发展可再生能源(即新能源)是解决上述问题的有效途径之一。在诸多新能源中,太阳能以其丰富的储量、清洁无污染的优点和较小的地域限制而受到广泛关注。对太阳能的利用主要包括光热转换、光电转换和光化学能转换3种形式。太阳能电池是一种将太阳能转换成电能的光电转换器件,它可以直接为小型电器提供电能,也可以进行并网发电,因而有着十分广阔的应用前景。硅基太阳能电池是最早发展起来,并且也是目前发展最成熟的太阳能电池

[1]

率已经超过了25%

[2]

,在航天中起着举足轻重的作用。

但在民用方面目前性价比还不能和传统能源相竞争。因此,各类新型太阳能电池应运而生。1991年,瑞士洛桑高等工业学院的MichaelGr¾tzel教授领导的研究小组将纳晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池(DSCs)中,

[3]

使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高,逐渐成为最有希望得到应用的新型太阳能电池之一。相比于硅基太阳电池,DSC电池以其低廉的成本、简单的工艺和相对较高的光电转换效率而引起了全世界的广泛关注,并迅速掀起了研究热潮。经过近20年的努力,DSC电池的效率已经超过了11%[4],并逐步走上了产业化道路。

2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理

DSC电池的结构如图1所示,主要包括3部分:吸附了染料的多孔光阳极、电解质和对电极。染料吸收光子后发生电子跃迁,光生电子快速注入到半导体的导带并经过集流体进入外电路而流向对电极。失去电子的染料分子成为正离子,被还原态的电解质还原再生。还原态的电解质本身被氧化,扩散到对电极,与外电路流入的电子复合,这样就完成了一个循环。在DSC电池中,光能被直接转换成了电能,而电池内部并没有发生净的。经过数十年的努力,单晶硅太阳能电池的效

2009-07-26

20673141,

20703063,ject,

20721140647);国家科技部项目(973Pro-863Project,

2006AA03Z341);

收稿日期:

基金项目:国家自然科学基金资助项目(20725311,

2006CB202606,

中国科学院/百人计划0及知识创新工程

:,,19年生,,导师