染料敏化太阳能电池进展
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• • • http://www.g4i.com/ http://www.basf.com http://www.fujikura.jp
• 光电转换效率低 • 原材料及器件成本高 • 器件的长期稳定性问题
Thank you !
Ye, M., et al. Materials Today, 2015. 18(3): p. 155-162.
敏化剂进展
在DSSC中五种具有代表性的敏化剂从1991年到2013年PCE的变化趋势
电解质进展
• 液态电解质DSSC：ηmax=13% • 准固态电解质DSSC：ηmax=10% • 固态电解质DSSC：ηmax=10%
对电极发展
金属材料 碳材料 导电聚合物材料 复合对电极材料
Mathew, S. et al. Nature Chemistry, 2014. 6(3): p. 242-247 Chen C L, et al. Physical Chemistry Chemical Physics. 2013, 15(10): 3640-3645. Kim H S, et al. Scientific Reports, 2012,2
典型DSSC的组成包括透明光学 玻璃（FTO）、光阳极、染料、 电解质、对电极（光电阴极）
光阳极：染料敏化半导体薄膜 光电阴极：镀铂的导电玻璃 电解质：I-/I3-
导电玻璃：8-10Ω /cm2
光阳极进展
可作光阳极的半导体材料：TiO2，ZnO，SnO2，Nb2O5等 加工方法：溶胶-凝胶法，水热/溶剂热法，电气化学的电气氧化法， 静电纺丝法，喷雾热解法和原子层沉积法等（包括纳米棒，纳米管， 纳米片层，介孔结构和三维分层结构） 离子掺杂：比如F、I、Mg、Nb和Cu等，被用来减少重组阻力和延长 在光阳极中的电子寿命。 装饰贵金属：如Au,Ag，利用其表面等离子体共振效应（SPR)来提高 染料敏化太阳能电池的光吸收量 金属氧化物改性：用一层绝缘层或半导体层进行表面改性，通过减少 异质结光阳级中的电荷重组来提高染料敏化太阳能电池效率
• 入射单色光子-电子转换效率（IPCE）
单位时间内外电路中产生的电子数与入射单色光子数之比 反映电池对各个波长光的光电转换能力
• I-V曲线:全面衡量太阳能电池在白光照射下的光电转换能力 • 电化学阻抗谱：表征材料电学性能以及材料与导电电极
的界面特性
• 瞬态ห้องสมุดไป่ตู้减测试技术：研究与表征发生在染料敏化纳米
晶异质结界面上电荷传递过程及在纳米半导体材料中的电荷传输 过程特性
• Dyesol公司与Tata集团公司 合作开发金属基大面积DSSC • 2006年，英国G24innovation 建成20MW卷对卷柔性DSSC中试线 • 德国巴斯夫集团试制出带有DSSC模组的太阳能电池， 充分展示了染敏电池在汽车行业的应用前景 • 日本Pecccell Technologies公司开发出世界上最大，最轻 大面积柔性DSSC组件，室内可输出100V以上电压 • 中科院等离子体物理研究所建立染料敏化太阳能电池示 范电站 • http://www.tatasteel.com/investors/annual-report-2011-12/
（1） Dye+ h → Dye*
（2） Dye* → Dye + e (CB)
（3） 2 e (CB)+ I3 →3 I （4）Dye + e (CB) → Dye （5）I3 +2 e →3 I
-
（6） e (CB) → e （7）Dye +3 I - → Dye+ I3
染料敏化太阳能电池
目录
一 二 三 四 五
德国科学家Tributsch等人提出染料敏化半导体产 生电流机理，从此以后，染料被广泛应用于光电 化学电池研究中 Tsubomura小组通过进一步增加多晶ZnO粉末表 面粗糙度，采用玫瑰红敏化剂，DSSC获得2.5% 转换效率 Gratzel等人采用TiO2和钌配合物染料，将电 池转换效率提高到7.1%，之后又将效率提高 到10% 目前液态电解质DSSC效率已达到13%，并且 准固态DSSC和全固态DSSC研究也取得较好的 发展
Sugathan, V, E. John. et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015. 52: p. 54-64.
敏化剂进展
• 钌基多吡啶染料： • 不含金属的有机染料： （1）高的摩尔消光系数（=50000-200000）； （2）合成过程成本低廉； • 卟啉染料 （1）在400nm-500nm和500nm-700nm谱带的强吸收； （2）具有优异的分子稳定性和适宜的能级及多孔结构； • 量子点敏化剂：（1）镉-硫族化合物QDs；（2)铅-硫族化合物QDs; （3）锑的硫化物Sb2S3 QDs； • 钙钛矿类的敏化剂：CH3NH3PbX3（X=Cl,Br,I）具有优异的光捕获特 性；
• 光电转换效率低 • 原材料及器件成本高 • 器件的长期稳定性问题
Thank you !
Ye, M., et al. Materials Today, 2015. 18(3): p. 155-162.
敏化剂进展
在DSSC中五种具有代表性的敏化剂从1991年到2013年PCE的变化趋势
电解质进展
• 液态电解质DSSC：ηmax=13% • 准固态电解质DSSC：ηmax=10% • 固态电解质DSSC：ηmax=10%
对电极发展
金属材料 碳材料 导电聚合物材料 复合对电极材料
Mathew, S. et al. Nature Chemistry, 2014. 6(3): p. 242-247 Chen C L, et al. Physical Chemistry Chemical Physics. 2013, 15(10): 3640-3645. Kim H S, et al. Scientific Reports, 2012,2
典型DSSC的组成包括透明光学 玻璃（FTO）、光阳极、染料、 电解质、对电极（光电阴极）
光阳极：染料敏化半导体薄膜 光电阴极：镀铂的导电玻璃 电解质：I-/I3-
导电玻璃：8-10Ω /cm2
光阳极进展
可作光阳极的半导体材料：TiO2，ZnO，SnO2，Nb2O5等 加工方法：溶胶-凝胶法，水热/溶剂热法，电气化学的电气氧化法， 静电纺丝法，喷雾热解法和原子层沉积法等（包括纳米棒，纳米管， 纳米片层，介孔结构和三维分层结构） 离子掺杂：比如F、I、Mg、Nb和Cu等，被用来减少重组阻力和延长 在光阳极中的电子寿命。 装饰贵金属：如Au,Ag，利用其表面等离子体共振效应（SPR)来提高 染料敏化太阳能电池的光吸收量 金属氧化物改性：用一层绝缘层或半导体层进行表面改性，通过减少 异质结光阳级中的电荷重组来提高染料敏化太阳能电池效率
• 入射单色光子-电子转换效率（IPCE）
单位时间内外电路中产生的电子数与入射单色光子数之比 反映电池对各个波长光的光电转换能力
• I-V曲线:全面衡量太阳能电池在白光照射下的光电转换能力 • 电化学阻抗谱：表征材料电学性能以及材料与导电电极
的界面特性
• 瞬态ห้องสมุดไป่ตู้减测试技术：研究与表征发生在染料敏化纳米
晶异质结界面上电荷传递过程及在纳米半导体材料中的电荷传输 过程特性
• Dyesol公司与Tata集团公司 合作开发金属基大面积DSSC • 2006年，英国G24innovation 建成20MW卷对卷柔性DSSC中试线 • 德国巴斯夫集团试制出带有DSSC模组的太阳能电池， 充分展示了染敏电池在汽车行业的应用前景 • 日本Pecccell Technologies公司开发出世界上最大，最轻 大面积柔性DSSC组件，室内可输出100V以上电压 • 中科院等离子体物理研究所建立染料敏化太阳能电池示 范电站 • http://www.tatasteel.com/investors/annual-report-2011-12/
（1） Dye+ h → Dye*
（2） Dye* → Dye + e (CB)
（3） 2 e (CB)+ I3 →3 I （4）Dye + e (CB) → Dye （5）I3 +2 e →3 I
-
（6） e (CB) → e （7）Dye +3 I - → Dye+ I3
染料敏化太阳能电池
目录
一 二 三 四 五
德国科学家Tributsch等人提出染料敏化半导体产 生电流机理，从此以后，染料被广泛应用于光电 化学电池研究中 Tsubomura小组通过进一步增加多晶ZnO粉末表 面粗糙度，采用玫瑰红敏化剂，DSSC获得2.5% 转换效率 Gratzel等人采用TiO2和钌配合物染料，将电 池转换效率提高到7.1%，之后又将效率提高 到10% 目前液态电解质DSSC效率已达到13%，并且 准固态DSSC和全固态DSSC研究也取得较好的 发展
Sugathan, V, E. John. et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015. 52: p. 54-64.
敏化剂进展
• 钌基多吡啶染料： • 不含金属的有机染料： （1）高的摩尔消光系数（=50000-200000）； （2）合成过程成本低廉； • 卟啉染料 （1）在400nm-500nm和500nm-700nm谱带的强吸收； （2）具有优异的分子稳定性和适宜的能级及多孔结构； • 量子点敏化剂：（1）镉-硫族化合物QDs；（2)铅-硫族化合物QDs; （3）锑的硫化物Sb2S3 QDs； • 钙钛矿类的敏化剂：CH3NH3PbX3（X=Cl,Br,I）具有优异的光捕获特 性；