染料敏化太阳能电池原理介绍

染料敏化太阳能电池是一种廉价的薄膜太阳能电池，下面我们一起来看看染料敏化太阳能电池原理介绍。

    染料敏化太阳能电池原理介绍

    结构组成

    主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。

    工作原理

    ⑴染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态；

    ⑵处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中；

    ⑶电子扩散至导电基底，后流入外电路中；

    ⑷处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生；

    ⑸氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环；

    ⑹和⑺分别为注入到TiO2导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合

    研究结果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输；染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上；染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚，有待于进一步研究。

    染料敏化太阳电池的优点

    从经济角度来讲，若批量生产，电池的成本在5—10元/（峰瓦）左右[3]，而普通的硅电池在20-40元/（峰瓦），因而染料敏化太阳能电池电池非常适合批量生产，满足城市居民以及广大农村的需要，特别是对我国近七千万边远地区人口的用电具有实际的意义。

    战略角度来讲，我国是一个能源的消耗大国，特别是电力的短缺严重影响我国的经济持续稳定发展。但是无论是核电还是火电所需要的燃料都是非常有限的，发电的同时也给环境造成了严重的污染。因此我国尤其应当注重太阳能这种可再生绿色能源的开发与利用。为经济、环境、社会的协调发展奠定良好的基础。

    从实用性角度来讲，从染料敏化太阳能电池的结构可以看出，电池是由透明导电玻璃及有一定颜色的染料和电解质构成，且带一定颜色，所以可以通过适当选择染料和电解质的颜色及TiO2膜的厚度来控制整个电池的透光率，这样可以把电池用作窗户玻璃，即透光又可当电池用。

    太阳究竟赋予了地球多少能量？

    太阳能在我们三分之二的国土上，年辐射量超过60万焦耳/平方厘米，每年地表吸收的太阳能大约相当于17万亿吨标准煤的能量。（中国煤炭的总储量为约6000亿吨）换句话说每年地表吸收的太阳能可以相当于280多倍中国的煤炭总储量。

    太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，这种免费洁净的能源是地球发展的可靠保证。据统计地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求了。