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新型纳米晶太阳能电池介绍

晨怡热管 2008-10-17 23:03:37

  南京大学已开发出的新型可见光响应型复合氧化物半导体制备光电极来开发新型可见光响应型太阳能电池,在不使用有机染料条件下其太阳光转换率己达到1.0%;从根本上解决了染料敏化太阳能电池寿命低且不稳定的弱点。

  本课题组最新研究结果表明,由多种新型可见光响应型复合氧化物半导体制备的光电极配以少量的染料来敏化电极可获得更高的电流(Jsc)和电压(Voc)而不会影响新型可见光响应型太阳能电池的寿命。这是世界上第一次可见光响应型太阳能电池的研究。

  我们的研究目标是开发新型,高效,低成本的可见光响应型太阳能电池。优化构成新型太阳能电池的各个要素的性能,找出最佳值。最后利用锂离子电池良好的充放电特性将新型可见光响应型太阳能电池产生的电能储存起来。三年后的开发目标为转换效率11%,十年后转换效率提高至15%。力争实现整体生产计划成本4-5元/Wp的目标。最终实现成本3元/Wp以下的目标。进一步完善新一代太阳能发电技术及储能系统研究的理论和试验体系,为我国提供无尽的能源储备,为我国高技术产业提供具有自主知识产权的高效率、低价格的光转换器件等一系列新产品以及相关的新材料和新技术。

  染料敏化太阳能电池由染料敏化剂、宽带隙半导体、氧化还原电解质和对电极四个部分构成。目前染料敏化太阳能电池的最高能量转化效率为11%,由钌联吡啶配合物、二氧化钛、I-/I3-电对和铂对电极获得。染料敏化太阳能电池的效率已经达到了传统的硅半导体电池的水平,与后者相比,前者的制作工艺简单,成本低廉,应用前景更加光明。在硅电池中,半导体硅承担三个重要功能,即吸收光线,承受电子与空穴分离所需的电场,电子的传输。因为同时高效执行这三项任务,半导体材料的纯度必须非常高,这就是基于硅的太阳能电池成本昂贵,不能与传统发电方法进行商业竞争的主要原因。相反,染料敏化太阳能电池的四个组成部分分别执行不同的功能,对各个部分可以从效率和成本两个方面分别进行优化,降低成本和提高效率的空间很大。

  染料敏化太阳能电池是由瑞士化学家MichaelGrätzel首先提出的,他们研究小组可以获得大于10%的效率。我们是除了Grätzel研究组以外第一个获得效率大于或者等于10%的研究团体,具有丰富的电池制作和效率优化技术。在染料敏化太阳能电池中,由于TiO2本身不能吸收可见光领域的能量(Eg<3.2eV),完全依赖有机染料(光敏染料)来提高吸收太阳光中的可见光。然而有机染料易老化耐热性差,因此带给染料敏化太阳能电池寿命低且不稳定等弱点。另外染料的使用使电子跃迁过程复杂,加上和宽带半导体有能级匹配上的困难,降低了光电转化效率,又由于染料的大量使用加大了电池的成本,严重阻碍了其实际的应用。在这种现状下,我们从可见光响应型光电极入手,利用可见光响应型光电极来直接进行光电转化。在世界上首次进行了新型可见光响应型太阳能电池的研究,首次成功合成了在可见光领域有活性的氧化物半导体光催化剂,从根本上解决了可见光响应型光电极材料。这一成果已于2001年末在科学界最有影响的杂志Nature上发表(附件),海外媒体对此作了广泛的报道(见附件)。

  本课题组用已开发出的这些新型可见光响应型复合氧化物半导体制备光电极来开发新型可见光响应型太阳能电池,在不使用有机染料条件下其太阳光转换率己达到1.0%;从根本上解决了染料敏化太阳能电池寿命低且不稳定的弱点。本课题组最新研究结果表明,由多种新型可见光响应型复合氧化物半导体制备的光电极配以少量的染料来敏化电极可获得更高的电流(Jsc)和电压(Voc)而不会影响新型可见光响应型太阳能电池的寿命。

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