基本信息
- 项目名称：
- 全固态高效染料敏化太阳能电池的制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 燃料敏华太阳能电池是利用电解质的单色光的光转化以及电解液的光伏特性，把太阳能转化为电能，避免了资源的浪费且提高了太阳能的利用率。通过一系列的实验我们最终制得了染料敏化太阳能电池，且具有较高的光转化效率。
- 详细介绍：
- 染料敏化太阳能电池主要由半导体氧化物薄膜，电解质和阴极材料组成具体原理为：染料分子通过太阳光的照射处于激发态，激发态的染料分子迅速将电子注射到纳米TiO2 的导带中去，电子在TiO2 膜中传输后在导电基片上富集并通过外电路流向阴极，氧化态染料分子释放出的电子被I3-/I-中的电子供体I-还原而回到基态实现染料的再生，同时I-被氧化成I3- ，生成的I3-再在阴极处得到电子重新生成I-，从而完成一个循环过程。它对光的吸收主要通过染料来实现，电解质在DSC电池中主要起着还原染料正离子及传输电荷的作用。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为了充分利用太阳能、保护环境和节约能源，我们研究并制作了太阳能电池，DSC电池是光阳极、染料、电解质、对电级的有机结合，而电解质主要起着还原染料正离子及传输电荷的作用。由于目前使用的液态电解质的稳定性差、溶剂容易挥发可能导致染料光解、密封困难易泄漏我们拟合了氯代聚乙烯和1-甲基咪唑的准固态和全固态共聚物，并合成咪唑碘盐修饰聚乙二醇，以此为基础制备全固态及准固态聚合物电解质通过检测单色光光电转化效率、短路电流密度、开路电压、总的光电转化效率以及绘制光电流密度---光电压曲线来考察聚合物电解质结构对电池性能的影响。
科学性、先进性
- 1991年Grätzel教授制作的效率可达7%的染料敏化太阳能电池使用了以有机溶剂为基的电解质溶液，而前已报道的光电转化效率最高的DSC使用的也是有机溶剂液体电解质然而此类电解质易挥发、毒性大和稳定性差的问题，该作品所提供了染料敏化电池所用的固态电解质，可以明显提高电池的稳定性和耐候性。且聚合物太阳能电池具有有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模里利用太阳能提供廉价电能具有重要意义。
获奖情况及鉴定结果
- 2010.10--2011.01期间在天津理工大学“第十二届大学生课外学术作品竞赛”中荣获一等奖
作品所处阶段
- 实验室研究阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 我们所制作的染料敏化太阳能电池顾名思义是利用太阳能作为能源的，目前全球都在致力于发明利用具有高效率的新型能源，以此来缓解严峻的能源贫乏和环境污染问题；为使其达到商业目的地要求和标准，我们制作了以N719为基准的敏化电池的标准染料，且合成的聚合物分子链的聚电解质结构有利于提高单位体积内氧化还原电对密度，增强电荷运输能力，且不同的孔径和孔径率，可提高正电荷的运输能力。实现商业化后可替代我们目前使用的对土壤、环境乃至身体具有严重污染的汞、锂电池，可有效地提高环境的质量和满足人们的要求。
同类课题研究水平概述
- 1991年，Grätzel教授及其研究小组成员利用钌络合物染料作为光敏剂敏化多孔的二氧化钛(Ti02)薄膜电极作为光阳极，然后利用碘和碘化锂作为电解质，铂电极作为对电极而组装成一种新型的太阳能电池—染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells，DSC)，在AM 1.5, 100mW•cm之模拟太阳光的照射下，得到了7.1％~7.9％的光电转换效率，这一研究在世界上引起了轰动。1993年，Grätzel教授及其研究小组将DSC的效率提高到了10％。目前最新的数据的表明太阳能电池的光转化效率最高达10.96%，开路电压voc为0.975，短路电流Jsc为19.4mA／cm2，填充因子ηη达到71%。而最近中科院长春应化所王鹏研究员等在染料敏化太阳能电池全有机染料开发方面取得重要进展：以吡啶钌配合物为光俘获元件，染料敏化太阳能电池在气团1.5G测试条件下功率转化效率已经达到11.1%；通过染料分子工程化研究，可实现染料敏化太阳能电池使用不挥发性电解质与使用挥发性电解质相同的光电流。 DSC用固体电解质的研究目前十分活跃，研究的较多的是是无机P-型半导体材料、有机空穴传输材料和导电高聚物。 目前，常用的无机P-型半导体材料有CuI和CuSCN。Kumara等研究了用P-Cuhene), P3HT)等有机空穴传输材料，有机空穴传输材料的研究逐渐活跃I作为固态DSC的无机空穴传导材料。实验结果表明，用CuI的乙腈溶液制备的固态DSC的短路电流和开路电压衰减很快。1998年，Bach等设计了有机空穴传输材料2,2’,7,7’-四(N,N-二对甲氧基苯基氨基)-9,9’-螺环二芴(2,2’,7,7’-tetrakis(N,N-dimethoxyphenyl-amine)9,9’-spirobifluorene)并组装了太阳能电池。该电池在9.4mw/cm2弱光下，光电转换效率为0.74％、短路电流密度为0.32mA/cm2、开路电压342mV、填充因子0.62。其后的数年间，相继有研究人员开发出聚乙烯(3-辛基噻吩)(Poly(3-octylthiophene)，P3OT)、聚乙烯-3-己基噻吩((poly(3-hexylthiophene), P3HT)[23]等有机空穴传输材料，有机空穴传输材料的研究逐渐活跃。
