染料敏化太阳能电池材料 课件.ppt

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2、Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载： PPT论坛：,PARTONE,染料敏化太阳能电池材料,5,研究背景,由于世界人口的剧烈增长、人类社会文明的不断发展和进步加速了矿物能源的耗尽速度,在矿物能源的幵发利用过程中还伴随着一系列污染问题，对于生态环境和人类健康的影响也日趋严重，甚至将制约人类社会和经济的可持续发展,PART ONE,PART TWO,PART THREE,太阳能因其清洁无污染、储量巨大、不受地域限制等优点一直被认为是最有潜力的新能源,染料敏化太阳能电池材料,6,研究背景,PART FOUR,太阳能电池的发展最早可以追溯到年法国的在液体电

3、解质中发现的光生伏特效应，他以涂有氧化铜或鹵化银的金属电极浸入稀电解质溶液中，在光照的条件下产生电流。随后用硒做出了实际的太阳能电池，但一直到20世纪中期，虽经各方努力，硒只能将太阳光的1%左右转换为电能，因此并没有实用化的器件产生。直到年美国实验室的和首次制备了转换效率为的6%单晶硅太阳能电池，揭开了太阳能电池应用的序幕。在随后的数十年时间里，非晶硅、非晶硅薄膜、砷化镓、硫化镉、铜铟镓硒、有机聚合物和染料敏化等各类太阳能电池相继被研发出来。,染料敏化太阳能电池材料,PARTTWO,染料敏化太阳能电池材料,8,基本概念,其主要优势是：1.原材料丰富、成本低 2.工艺技术相对简单，适合工业化生产

4、 3.环保无毒、无污染,染料敏化太阳能电池材料,9,发展年表,Moore等人首次提出“敏化”的概念，他们在涂覆染料赤藓红的卤化银电极上发现了光电现象。,1887,1968年,1991,2014,Gratzel M.于Nature上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了7%的光电转化效率,染料敏化太阳能电池材料,10,基本结构,染料敏化太阳能电池由五部分组成：导电基底、染料、纳米晶氧化物薄膜、电解质和对电极,染料敏化太阳能电池材料,11,基本原理,主反应,背反应,染料敏化太阳能电池材料,12,基本原理,染料敏化太阳能电池材料,PARTTHREE,染料敏化太阳能电池材料,14

5、,理论研究,纳米晶氧化物薄膜构成的光阳极是染料敏化太阳能电池最重要的组成部分，具有吸附染料、分离电荷以及传输光生载流子的功能.,光阳极材料必须满足以下几个条件：高的比表面积，纳米晶传输电子的速度要快，纳米晶网络中的缺陷必须尽量少,TiO2由于具有合适的禁带宽度，优越的光电、介电性能和良好的光电化学稳定性，一直以来都是染料敏化太阳电池中光阳极材料研究的核心。,染料敏化太阳能电池材料,15,理论研究,（一）一维无序纳米材料 一维结构纳米棒可以提高电子在纳米晶薄膜中的传输速度,染料敏化太阳能电池材料,16,理论研究,（二）一维有序纳米材料一维有序纳米材料是在导电基底表面构筑垂直于基底面的定向排列的一

6、维纳米阵列，这样光生电子可以在氧化物薄膜中以最短的传输距离被传输到导电基底。,染料敏化太阳能电池材料,17,理论研究,（二）一维有序纳米材料一维有序纳米材料是在导电基底表面构筑垂直于基底面的定向排列的一维纳米阵列，这样光生电子可以在氧化物薄膜中以最短的传输距离被传输到导电基底。,染料敏化太阳能电池材料,18,理论研究,高效率的太阳能电池，一方面要保证光生电子的高效收集，即前面所述通过一维光阳极材料将电子快速传输到导电基底，另一方面就是要提高太阳能电池的光捕获能力,（一）镜面型散射材料,染料敏化太阳能电池材料,19,理论研究,（二）空心型散射材料,染料敏化太阳能电池材料,20,理论研究,（三）多

7、功能的复合型散射材料,染料敏化太阳能电池材料,PARTFOUR,染料敏化太阳能电池材料,22,理论研究,对电极在染料敏化太阳能电池中主要担负电解质中离子的还原，使电解质中的氧化还原电对处于平衡状态。为了使碘三离子的还原反应顺利地进行，需要采用具有一定催化活性的材料来作为对电极。,铂（Pt）直是最经典的对电极材料，铂的负载方法不同对最终对电极的催化活性和成本都有很大影响。,染料敏化太阳能电池材料,23,理论研究,（一）Pt对电极材料对电对电极材料极材料,染料敏化太阳能电池材料,24,理论研究,（二）新型对电极材料电对电极材料极材料,铂作为一种稀缺贵金属，价格高昂，因此开发一些新型材料替代钼颗粒对

8、降低染料敏化太阳能电池成本有重要意义。碳材料如石墨粉、碳纤维、碳纳米管和石墨稀开始被用于对电极材料，近年來，过渡金属氮化物也被开发出来用于对电极。,染料敏化太阳能电池材料,PARTFIVE,染料敏化太阳能电池材料,26,理论研究,染料敏化太阳能电池领域发展了二十多年，虽然至今没有实现大规模的应用，还是带动了一系列学科的发展。近几年相关领域论文数目出现大幅度下降，不少研究者也纷纷转向其他方向。尽管有人对染料敏化太阳能电池发展前景存疑，但仍旧有部分课题组坚持着相关研究，特别是固态染料敏化太阳能电池方向。,染料敏化太阳能电池材料,27,理论研究,给体材料掺入电解质提高染料敏化太阳能电池效率和稳定性,

9、这为开发新型的电解质提供了非常好的思路，大家期待出现更多的优质材料，同时也期望固态染料敏化电池出现较大进展。,出自：Nature Communications,2016, DOI: 10.1038/ncomms13934,染料敏化太阳能电池材料,28,理论研究,黑磷量子点作为染料敏化太阳能电池光阴极提高效率,中南大学肖思、郭学益和中科院深圳先进技术研究院喻学锋等科学家将基于黑磷量子点的光阴极应用于固态n-型染料敏化太阳能电池，有效提高了光电转换效率。不同于多数近红外吸收的材料只能应用于吸光剂，黑磷量子点既可以作为近红外吸光剂，又可以作为电荷传输层，因此在近红外区的吸收、电荷传输以及电子复合都有明显提高。基于黑磷量子点的染料敏化太阳能电池的效率比基于PANI的效率提高了20%。,出自： Advanced Materials,2016, DOI: 10.1002/adma.201602382,染料敏化太阳能电池材料,PARTSIX,染料敏化太阳能电池材料,30,理论研究,染料敏化太阳能电池材料,THANKS,