Войти
Выбор сенсибилиз красочного солнечного элемента. A краситель- сенсибилизированный солнечный элемент (DSSC, DSC, DYSC или элемент Гретцеля ) - недорогой солнечный элемент, относящийся к группе тонкопленочных солнечных элементов. Он основан на полупроводнике, образованном между светочувствительным анодом и электролитом, фотоэлектрохимической системой. Современная версия элемента на основе красителя, также известный как элемент Гретцеля, была изобретена в 1988 году совместно Брайаном О'Реганом и Майклом Гретзелем в Калифорнийском университете в Беркли, и эта работа позже развита вышеупомянутыми Федеральными учеными из льной политехнической школы Лозанны (EPFL) до публикации первого высокоэффективного DSSC в 1991 году. Михаэль Гретцель был награжден премией 2010 Приз Millennium Technology Prize за это изобретение.
DSSC имеет ряд привлекательных функций; Он прост в использовании обычных методов рулонной печати, является полугибким и полупрозрачным, что позволяет использовать его в различных не применимых к системам на основе и других материалов низкую стоимость. На практике оказалось трудным избавиться от ряда дорогостоящих материалов, в частности, платины и рутения, жидкий электролит представляет собой серьезную проблему для создания элемента, пригодного для использования в любом погоду. Хотя его эффективность преобразования меньше, чем у лучших тонкопленочных элементов, теоретически его соотношение цена / качество должно быть достаточно хорошим, чтобы позволить им конкурировать с выработка электроэнергии на ископаемом топливе путем достижения паритета сети. Коммерческое применение, которое было приостановлено из-за проблем с химической стабильностью, прогнозируется в Дорожной карте Европейского Союза по фотоэлектрической технологии, чтобы внести значительный вклад в производство электроэнергии из возобновляемых источников к 2020 году.
В твердотельные полупроводник, солнечный элемент изготовлен из двух легированных кристаллов, на e, легированный примесями n-типа (полупроводник n-типа ), которые добавляют дополнительную зону свободной проводимости электронов, а другой легирован примесями p-типа ( p-тип полупроводник ), которые добавляют дополнительные электронные дырки. При контакте некоторые электроны в части n-типа перетекают в p-тип, чтобы «заполнить» недостающие электроны, также как известные электронные дырки. В конце концов, через границу потечет электронов, чтобы уравновесить уровни Ферми двух материалов. Результатом является область на границе раздела p-n-переход, где носители заряда истощаются и / или накапливаются на каждой стороне границы раздела. В кремнии этот перенос электронов потенциальный барьер примерно от 0,6 до 0,7 V.
При помещении на солнце фотоны солнечного света возбудить электроны на стороне p-типа. полупроводника, процесс, известный как фотовозбуждение. В кремнии солнечный свет может обеспечить достаточно энергии, чтобы вытолкнуть электрон из низкоэнергетической валентной зоны в более высокоэнергетическую зону проводимости. Как следует из названия, электроны в зоне проводимости могут свободно перемещаться по кремнию. Когда нагрузка помещается на ячейку в целом, эти электроны будут вытекать со стороны p-типа на сторону n-типа, терять энергию при движении через внешнюю цепь, а затем снова вернуться в материал p-типа, где они снова соединятся с дырой в валентной зоне, которые они оставили. Таким образом, солнечный свет создается электрический ток.
В любом полупроводнике запрещенная зона означает, что только фотоны с такой энергией или более будут выработки тока. В случае кремния большая часть видимого света от красного до фиолетового имеет достаточно энергии, чтобы это произошло. К сожалению, фотоны с более высокой энергией, находящиеся в синем и фиолетовом концах, имеют более чем достаточно энергии, чтобы пересечь запрещенную зону; хотя часть этой дополнительной энергии передается электронам, большая часть ее тратится в виде тепла. Другая проблема заключается в том, что для того, чтобы иметь разумные шансы на захват фотона, слой n-типа должен быть достаточно толстым. Это также увеличивает вероятность того, что только что выброшенный электрон встретится с ранее созданной дырой в материале, прежде чем достигнет p-n перехода. Эти демонстрируют верхний предел эффективности кремниевых солнечных элементов, который составляет от 12 до 15% для обычных модулей и до 25% для лабораторных элементов (33,16% - теоретический максимальный КПД для однозонных солнечных элементов, см. Предел Шокли - Кайссера.).
Самая большая проблема с традиционным подходом - это стоимость; солнечным элементам требуется относительно толстый слой легированного кремния, чтобы иметь разумные скорости захвата фотонов, а обработка кремния стоит дорого. За последнее время они получили несколько различных подходов к снижению стоимости, в частности использование тонких пленок, но на сегодняшний день они получили ограниченное применение из множества практических проблем. Другое направление заключено в значительном повышении эффективности исследований за счет подхода с ограничениями, хотя эти ячейки очень дороги и подходят только для крупных коммерческих развертываний. Оптимальные затраты на развертывание на крыше не изменились по эффективности, минимальные затраты снизились из-за увеличения предложения.
Тип элемента, изготовленный на EPFL Гретцеля и О'Реганом 
Работа Часть Гретцеля. В конце 1960-х годов он было обнаружено, что освещенные органические красители могут генерировать электричество на оксидных электродах в электрохимических ячейках. В попытке понять и смоделировать первичные процессы фотосинтеза это явление было изучено в Калифорнийском университете в Беркли с хлорофиллом, извлеченным из шпината (биомиметический или бионический подход). На основе таких инструментов в 1972 году было проведено обсуждение электроэнергии с помощью принципа сенсибилизации красителя (DSSC). Нестабильность солнечного элемента на основе красителя была определена как основная проблема. Его эффективность можно было бы повысить в течение следующих двух десятилетий за счет оптимизации пористости электрода, изготовленного из мелкодисперсного оксидного порошка, но нестабильность оставалась проблемой.
Современный DSSC n-типа, наиболее распространенный тип DSSC состоит из пористого слоя диоксида титана наночастиц, покрытых молекулярным красителем, поглощающим солнечный свет, такой как хлорофилл в зеленых листьях. Диоксид титана погружают в раствор электролита, над которым находится катализатор на основе платины . Как и в обычной щелочной батарее, анод (диоксид титана) и катод (платина) размещаются по обе стороны от жидкостного проводника (электролит).
Принцип работы DSSC n-типа можно свести к нескольким основным шагам. Солнечный свет проходит через прозрачный электрод в слое красителя, где он может возбуждать электроны, которые затем текут в зоне проводимости полупроводника n-типа, обычно диоксида титана. Электроны из диоксида титана затем текут к прозрачному электроду, где они собираются для питания нагрузки. Пройдя через внешнюю цепь, они повторно вводятся в ячейку на металлическом электроде на задней стороне, вливаясь в электролит. Затем электролит переносит электроны обратно в молекулу красителя и регенерирует окисленный краситель.
Основной принцип работы, описанный выше, аналогичный DSSC p-типа, где сенсибилизированный красителем полупроводник имеет природу p-типа (обычно оксид никеля). Однако вместо того, чтобы инжектировать электрон в полупроводник, в DSSC p-типа дырка перетекает из красителя в валентную зону полупроводника p-типа.
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы разделяют две функции, традиционной конструкции элемента. Обычно кремний действует как источник фотоэлектронов, а также обеспечивает электрическое поле для разделения зарядов и создания тока. В сенсибилизированном красителем солнечном основном часть полупроводника используется исключительно для переноса заряда, фотоэлектроны поступают из отдельного светочувствительного красителя. Разделение заряда происходит на поверхностях между красителем, полупроводником и электролитом.
Молекулы красителя довольно малы (нанометровые размеры), поэтому для того, чтобы улавливать достаточное количество падающего света, молекулы красителя должны быть достаточно толстым, намного более толстым, чем сами молекулы. Чтобы решить эту проблему, наноматериал используется в качестве каркаса для удержания большого количества молекул красителя в трехмерной матрице, увеличивая количество молекул для любой заданной площади поверхности клетки. В использовании конструкции эти выполнены из полупроводникового материала, который выполняет двойную функцию.
В случае оригинального дизайна Гретцеля и О'Регана, ячейка состоит из 3 основных частей. Сверху находится прозрачный анод, изготовленный из легированного фторидом диоксида олова (SnO 2 : F), нанесенного на обратную сторону (обычно стеклянной) пластины. На обратной стороне этой проводящей пластины находится тонкий слой диоксида титана (TiO 2), который образует высокопористую поверхность с высокой площадью поверхности.. (TiO 2) химически связывается с помощью процесса, называемого спеканием. TiO 2 поглощает только небольшую часть солнечных фотонов (фотонов в УФ). Затем планшет погружают в смесь светочувствительного рутения -полипиридил красителя (также называемого молекулярными сенсибилизаторами) и растворителя. После пропитывания пленки в растворе красителя тонкий слой красителя остается ковалентно на поверхности TiO 2. Связь представляет собой сложноэфирную, хелатную или бидентатную мостиковую связь.
Изготовить отдельную пластину с тонким слоем иодидного электролита, нанесенного на проводящий лист, обычно платиновый металл. Две пластины соединяются и герметизируются, чтобы предотвратить утечку электролита. Конструкция достаточно проста, поэтому есть наборы для хобби, которые можно собрать вручную. Хотя в них используются «современные» материалы, недороги по сравнению с кремнием, требующими обычными элементами, не требуют дорогостоящих этапов производства. Например, TiO 2 уже широко используется в качестве основы краски.
Одно из эффективных устройств DSSC использует молекулярный краситель на рутении, например [Ru (4,4'-дбокси-2,2'-бипиридин) 2 (NCS) 2 ] (N3), который связан с фотоанодом через карбоксилатные фрагменты. Фотоанод состоит из пленки толщиной 12 мкм из прозрачных наночастиц TiO 2 диаметром 10–20 нм, покрытой пленкой толщиной 4 мкм из более крупных (размером 400 нм) частиц, которые рассеивают фотоны обратно в прозрачную пленку. Возбужденный краситель быстро вводит электрон в TiO 2 после поглощения света. Инжектированный электрон диффундирует через сеть спеченных частиц и собирается на переднем прозрачном проводящем оксидном электроде (TCO), в то время как краситель регенерируется посредством восстановления окислительно-восстановительным челноком, I 3 / I, растворенного в решении. Диффузия окисленной формы челнока к противоэлектроду замыкает цепь.
Следующие шаги преобразуют фотоны (свет) в обычном DSSC n-типа в ток:
| S + hν → S | (1) |
![{\displaystyle {\ce {S^{.}->[{} \ atop {\ ce {TiO2}}] {S +} + e-}}}]( https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4a8461f7deace264f9b77a6e9f2d2a67e729f5fa ) | (2) |
| S + e → S | (3) |
| I3+ 2 e → 3 I | (4) |
Эффективность D SSC зависит от четырех уровней энергии компонента: возбужденного (приблизительно LUMO ) и основного фотосенсибилизатора (HOMO), уровня Ферми электрода TiO 2 и окислительно-восстановительный потенциал электролита (I / I 3) в.
В DSSC электроды состояли из спеченных полупроводниковых наночастиц, в основном TiO 2 или ZnO. Эти DSSC наночастицы основаны на диффузии, ограниченной ловушкой, через полупроводниковые наночастицы для переноса электронов. Это ограничивает эффективность устройства, поскольку это медленный транспортный механизм. Рекомбинация более вероятна при более длинных волнах излучения. Более того, для спекания наночастиц требуется высокая температура около 450 ° C, что ограничивает производство этих ячеек надежными, жесткими твердыми подложками. Было доказано, что эффективность DSSC повышается, если электрод из спеченных наночастиц заменяется специально разработанным электродом, имеющим экзотическую морфологию, напоминающую наночастицы.
В обычном DSSC n-типа солнечный свет проникает в ячейку через прозрачный верхний контакт SnO 2 : F, ударяя красителем по поверхности TiO 2. Фотоны, падающие на краситель с энергией, достаточной для усиления, представляет возбужденное состояние красителя, из которого электрон может быть «инжектирован» непосредственно в зоне проводимости TiO 2. Оттуда он перемещается посредством диффузии (в результате градиента проникновения электронов ) к прозрачному аноду сверху.
Между тем, молекула красителя потеряла электрон, и молекула распадется, если другой электрон не будет предоставлен. Краситель отделяет один от иодида в электролите ниже TiO 2, окисляя его до трииодида. Эта реакция быстро используется, используя эту реакцию, которая эффективно используется, используя эту реакцию, которая используется.
Затем трииодид восстанавливает свой недостающий электрон путем механической диффузии в электронных ячейках, где противоэлектрод повторно вводит электроны после прохождения через внешнюю цепь.
Для характерных элементов используются несколько важных показателей. Наиболее очевидным является общее количество электроэнергии, произведенной для данного количества солнечной энергии. В процентах это известно как эффективность преобразования солнечной энергии. Электрическая мощность является произведением тока и напряжения, поэтому максимальные значения для этих измерений также важны, J sc и V oc соответственно. Наконец, чтобы понять физику, лежащую в основе, «квантовая эффективность» используется для сравнения вероятности того, что один фотон (определенная энергия) создаст один электрон.
С точки зрения квантовой эффективности DSSC эффективно эффективны. Из-за их «глубины» в наноструктуре существует очень высокая вероятность того, что фотон будет поглощен, а красители очень эффективны при преобразовании в электроны. Большинство потерь, которые действительно существуют в DSSC, вызваны потерями проводимости в TiO 2 и чистом электроде или оптическими потерями в переднем электроде. Общая квантовая эффективность зеленого света составляет около 90%, при этом «потерянные» 10% в основном объясняются оптическими потерями в верхнем электроде. Квантовая эффективность конструкций различается в зависимости от их толщины, но примерно такая же, как у DSSC.
Теоретически максимальное напряжение, генерируемое такой ячейкой, представляет собой просто разницу между (квази) уровнем Ферми TiO 2 и окислительно-восстановительный потенциал электролита, около 0,7 В в условиях солнечного освещения (V oc). То есть, если подсвечиваемый DSSC подключен к вольтметру в «разомкнутой цепи», он будет показывать около 0,7 В. Что касается напряжения, DSSC предъявляет немного более высокое напряжение V oc, чем кремниевые, около 0,7 В по сравнению с 0,6 В. Это довольно небольшая разница, поэтому в реальных условиях преобладает текущее производство, J sc.
Хотя краситель очень эффективен при преобразовании поглощенных фотонов в свободные электроны в TiO 2, только фотоны, поглощенными красителем, в конечном итоге производят ток. Скорость поглощения фотонов зависит от сильного сенсибилизированного слоя TiO 2 и от солнечного потока. Перекрытие этих двух спектров максимально возможный фототок. Обычно используется меньшее количество фотонов в солнечном свете, которое можно использовать для генерации тока. Эти факторы ограничивают ток, генерируемый DSSC, для сравнения: традиционный солнечный элемент предлагает около 35 м A / см, тогда как современные кремы DSSC обеспечивают около 20 мА / см.
Общая пиковая эффективность преобразования мощности для текущего DSSC составляет около 11%. Текущий рекорд для прототипов составляет 15%.
DSSC деградирует при воздействии ультрафиолетового излучения. В 2014 году инфильтрация воздуха в использовании причины аморфный слой переноса Spiro-MeOTAD был определен как основная деградация дырок, а не окисления. Повреждения можно избежать, добавив соответствующий барьер.
Барьерный дополнительный элемент УФ-стабилизаторы и / или поглощающие УФ-стабилизаторы люминесцентные хромофоры (которые излучают на более длинных волнах, которые могут повторно поглощать красителем) и антиоксиданты для защиты и повышения эффективности клетки.
DSSC в настоящее время наиболее эффективная солнечная технология третьего поколения (2005 г., базовые исследования использования солнечной энергии 16). Другие тонкопленочные технологии обычно составляют от 5% до 13%, традиционные недорогие коммерческие кремниевые панели работают от 14% до 17%. Это делает DSSC привлекательными в качестве замены приложений с «плотностью», как солнечные коллекторы на крыше, где механическая прочность и легкий вес коллектора без стекла является основным преимуществом. Они могут быть не такими эффективными, как крупные масштабные развертывания, где более дорогие и более эффективные ячейки, но даже небольшое повышение эффективности преобразования DSSC может сделать их подходящими для некоторых из этих ролей.
Есть еще одна область, в которой DSSC особенно привлекательны. Процесс инжекции электрона непосредственно в TiO 2 качественно отличается от процесса, происходящего в традиционной ячейке, где электрон «продвигается» внутри исходного кристалла. Теоретически, учитывая низкие темпы производства, высокоэнергетический электрон в кремнии может повторно объединиться со своей собственной дыркой, что не приведет к генерации тока. Хотя этот частный случай может быть не обычным, электрон, генерируемый другим атомом, довольно легко объединиться с дырой, оставшейся после предыдущего фотовозбуждения.
Для сравнения, процесс инжекции, используется в DSSC, вводит дырку в TiO 2, только дополнительный электрон. Хотя для электрона энергетически возможно рекомбинировать обратно в краситель, скорость, с которой это происходит, довольно быстро восстанавливает электрон из окружающего электролита. Рекомбинация непосредственно из TiO 2 с частями в электролите также возможна, хотя, опять же, для оптимизированных устройств эта довольно реакция медленная. Напротив, перенос электронов от покрытого платиной электрода к частицам в электролите обязательно происходит очень быстро.
В результате такого благоприятного действия «дифференциальной кинетики» DSSC работают даже в условиях низкой освещенности. Таким образом, DSSC может работать в прямом свете и под прямыми солнечными лучами, в то время как в настоящем времени используются «вырезанные на некотором» нижнем пределе освещенности, когда подвижность носителей заряда мала и рекомбинация становится серьезной проблемой. Отсечка настолько мала, что их даже для использования внутри помещений, собирая энергию для небольших устройств от светильников в доме.
Практическое преимущество, которое DSSC разделяет с большинством тонкопленочных технологий, заключается в том, что механические элементы могут повысить эффективность при более высоких температурах. В полупроводнике повышение температуры будет «механически» продвигать часть электронов в любой зоне проводимости. Хрупкость кремниевых элементов требует их защиты от элементов, как правило, путем помещения их в стеклянную коробку, подобную теплице, с металлической защитой для прочности. Эффективность таких систем заметно снижается из-за внутренней системы элементов. DSSC обычно строятся только с тонким слоем проводящего пластика на переднем слое, что позволяет им легче отводить тепло и, следовательно, работать при более низких внутренних температурах.
Основным недостатком конструкции DSSC является использование жидкого электролита, имеет проблемы с температурной стабильностью. Привести к низшим температурам электролит может замерзнуть. Увеличивает высокие температуры расширения жидкости, что создает серьезную проблему с герметизацией панелей. Другой недостаток заключается в том, что для изготовления DSSC требуются дорогостоящие рутений (краситель), платина (катализатор) и проводящее стекло или пластик (контакт). Третий серьезный недостаток состоит в том, что раствор электролита содержит летучие органические соединения (или ЛОС), растворители, которые должны быть тщательно закрыты, поскольку они опасны для здоровья человека и окружающей среды. Это, наряду с тем фактом, что растворители проникают в пластик, препятствует крупномасштабному применению на открытом воздухе и интеграции в гибкую структуру.
Замена жидкого электролита твердым основным областью постоянных исследований. Недавние эксперименты с использованием затвердевших расплавленных солей показали некоторые перспективы, но в настоящее время они страдают от более высокой деградации во время непрерывной работы и не являются гибкими.
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы работают как фотоанод (n-DSC), где фототок возникает в результате инжекции электронов сенсибилизированным красителем. Фотокатоды (p-DSC) работают в обратном режиме по сравнению с обычным n-DSC, где возбужденным красителем следует быстрый перенос электронов от полупроводника p-типа к красителю (инжекция сенсибилизированных красителей дырок вместо инжекции электронов). Такие p-DSC и n-DSC можно комбинировать для создания тандемных солнечных элементов (pn-DSC), и теоретическая эффективность тандемных DSC намного превосходит однопереходных DSC.
Стандартный тандемный элемент состоит из одного n-DSC и одного p-DSC в простой сэндвич-конфигурации с промежуточным слоем электролита. n-DSC и p-DSC соединены последовательно, что означает, что результирующий фототок будет управляться самым слабым фотоэлектом, в то время как фотонапряжения являются аддитивными. Таким образом, согласование фототока очень важно для создания высокоэффективных тандемных pn-DSC. Однако в отличие от n-DSC, быстрая рекомбинация заряда после инъекции сенсибилизированных красителей дырок обычно приводит к низким фототокам в p-DSC и, таким образом, снижается эффективность всего устройства.
Как упоминалось ранее, использование твердотельного электролита имеет несколько преимуществ по сравнению с жидкой системой (например, отсутствие утечки и более быстрый перенос заряда), что также было реализовано для сенсибилизированных красителей фотокатодов. Используя материалы для переноса электронов, такие как PCBM, TiO 2 и ZnO, вместо обычного жидкого электролита с окислительно-восстановительной парой, исследователям удалось изготовить твердотельные p-DSC (p-ssDSC), стремясь к сенсибилизации твердого тандемного красителя. солнечные, которые обладают потенциалом для достижения гораздо более высоких фотоэдс, чем жидкие тандемные устройства.
«Черный краситель», анионный рутерпиридиновый комплекс Красители, используемые в раннем экспериментальные элементы (около 1995 г.) были чувствительны только в высокочастотном конце солнечного излучения, в УФ и синем. Быстро были представлены новые версии (около 1999 г.), которые имели более широкую частотную характеристику, особенно «трискарбокси-рутениевый терпиридин» [Ru (4,4 ', 4 »- (COOH) 3 -терпи) (NCS) 3 ], который эффективен в низкочастотном диапазоне красного и ИК света. Широкий спектральный спектакль приводит к тому, что краситель имеют глубокий коричневый цвет-черный цвет, и его называют Красители отличные шансы на преобразование фотона в электрон, используют около 80%, но улучшенный до почти идеального преобразования в более новых красителях, общая эффективность составляет около 90 % с учетом «потерь» 10% в основном приходится на оптические потери в верхних электроде.
Солнечный элемент должен быть способен вырабатывать электричество не менее двадцати лет без значительного снижения службы (срок Система "черного красителя" была подвергнута 50 миллионам циклов, что эквивалентно десяти годам пребывания на солнце в Швейцарии Новые красители включающие тетроцианоборат 1-этил-3 метилимидазолия [EMIB (CN) 4] были замечены в масштабной исследовательской программе для решения этих проблем. ], который предлагает более высокую эффективность преобразования и другие с различными специальными свойствами
, который обеспечивает более устойчивый свету и температуру, медь-диселен.DSSC все еще находится в начале цикла разработки. квантовых точек для преобразования света с более высокой энергией (более высокой) в несколько электронов, использование твердотельных электролитов для лучшего температурного отклика и изменение легирования TiO 2 для лучшего согласования с используемым электролитом.
Группа исследователей из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), как сообщается, повысила термостабильность ДСК с помощью амфифильный рутениевый сенсибилизатор в сочетании с квазитвердым гелевым электролитом. Стабильность устройства соответствует нормам обычного солнечного элемента на основе неорганического кремния. Ячейка выдерживала нагрев 1000 ч при 80 ° C.
Группа ранее получала рутениевый амфифильный краситель Z-907 (цис-Ru (H 2 dcbpy) (dnbpy) (NCS) 2, где лиганд H 2 dcbpy представляет собой 4,4'-дикарбоновую кислоту-2,2'-бипиридин, а dnbpy представляет собой 4,4'-динонил-2,2'-бипиридин) для повышения устойчивости красителей к воде в электролитах.. Того, группа также приготовила квазитвердый гель-электролит с жидким электролитом на основе 3-метоксипропионитрила (MPN), который был отвержден фотохимически стабильным фтористым полимером, поливинилиденфторидом -co- гексафторидпропилен (ПВД- ГФП).
Использование амфифильного красителя Z-907 в сочетании с полимерным гелевым электролитом в DSC достичь эффективности преобразования энергии 6,1%. Что еще более важно, устройство былоо к тепловому стрессу и устойчивому воздействию света. Высокая эффективность использования сохранялась после установки в течение 1000 ч при 80 ° C, поддерживая 94% от исходного значения. После ускорения испытаний в имитаторе солнечного излучения в течение 1000 часов выдержки при 55 ° C (100 мВт · см) эффективность снизилась менее чем на 5% для элементов, покрытых полимерной пленкой, поглощающей ультрафиолет. Эти результаты находятся в пределах пределов солнечных элементов из неорганического кремния.
Улучшение рабочих характеристик может происходить из-за уменьшения влияния растворителя через герметик из-за применения гелевого полимерного электролита. Полимерный гелевый электролит является квазитвердым при комнатной температуре и становится вязкой жидкостью (вязкость: 4,34 мПа · с) при 80 ° C по сравнению с традиционным жидким электролитом (вязкость: 0,91 мПа · с). Значительно улучшенная стабильность устройства как при тепловом стрессе, так и при воздействии света никогда ранее не наблюдалась в DSC, и они соответствуют критериям долговечности, применяемым к солнечным элементам для использования вне помещений, что делает эти устройства жизнеспособными для практического применения. 218>2006
Сообщалось о первых успешных твердо-гибридных сенсибилизированных красителем солнечных элементах.
Для улучшения переноса электронов в этих солнечных элементах при сохранении большой площади поверхности, необходимой для адсорбции красителя, два исследователи разработали альтернативные морфологии полупроводников, такие как массивы нанопроволок и комбинацию нанопроволок и наночастиц, чтобы обеспечить прямой путь к электроду через зону проводимости полупроводника. Такие структуры могут предоставить средства для повышения квантовой эффективности DSSC в красной области спектра, где их характеристики в настоящее время ограничены.
В августе 2006 г., чтобы доказать химическую и термическую стойкость 1-этила -3-метилимидазолийтетрацианобората солнечного элемента, исследователи подвергли устройства нагреву при 80 ° C в темноте в течение 1000 часов, а затем при 60 ° C в течение 1000 часов. После легкого пропитывания сохранялось 90% начальной фотоэлектрической эффективности - впервые такая превосходная термическая стабильность наблюдалась для жидкого электролита, который демонстрирует такую высокую эффективность преобразования. В отличие от кремниевых солнечных элементов, характеристики которых ухудшаются с повышением температуры, сенсибилизированные красителем устройства солнечных элементов лишь незначительно повлияли на повышение рабочей температуры от окружающей среды до 60 ° C.
Уэйн Кэмпбелл из Университета Мэсси, Новая Зеландия, экспериментировал с широким спектром органических красителей на основе порфирина. В природе порфирин является основным строительным блоком гемопротеинов, которые включают хлорофилл у растений и гемоглобин у животных. Он сообщает об эффективности порядка 5,6% при использовании этих недорогих красителей.
В статье, опубликованной в Nature Materials, можно использовать эффективность элементов питания 8,2% с использованием нового жидкого окислительно-восстановительного электролита, не содержащего его растворителей. состоящий из расплава трех солей, как альтернатива использования растворителей в качестве электролита. Хотя эффективность этой электролита меньше на 11%, обеспечена существующими растворами на основе йода, команда уверена, что эффективность может быть улучшена.
Группа исследователей из Технологический институт Джорджии изготовил сенсибилизированные красители солнечные элементы с более высокой эффективной площадью поверхности путем обертывания элементов вокруг кварцевого оптического волокна. Исследователи удалили оболочку с оптических волокон, нарастили нанопроволоки из оксида цинка по поверхности, обработали их молекулами красителя, окружили волокна электролитом . и металлическая пленка, уносящая электроны с волокна. Эти элементы в шесть раз более эффективны, чем элементы из оксида цинка с той же площадью поверхности. Фотоны отскакивают внутри волокна во время движения, поэтому у них больше шансов взаимодействовать с солнечным элементом и производить больше тока. Эти устройства собирают свет только на концах, но будущие оптоволоконные ячейки могут быть сделаны так, чтобы поглощать свет по всей длине волокна, что потребует покрытия, которое должно быть проводящим, а также прозрачным. Макс Штейн из Мичиганского университета сказал, что система слежения за солнцем не нужна для таких ячеек и будет работать в пасмурные дни, когда свет рассеян.
Исследователи из Федеральной Политехнической Школы Лозанны и из Университета Квебека в Монреале утверждают, что преодолели две основные проблемы DSC:
Dyesol и Tata Steel Europe объявили в июне о разработке самого большого в мире сенсибилизированного красителя фотоэлектрического модуля, напечатанного на стали в непрерывную линию.
Dyesol и CSIRO объявили в октябре об успешном завершении второго этапа совместного проекта Dyesol / CSIRO. Директор Dyesol Гордон Томпсон сказал: «Разработанные в ходе этого сотрудничества, могут значительно продвинуть коммерциализацию DSC в ряде приложений, где производительность и стабильность являются важными требованиями. Dyesol сверх воодушевлен достижений в химии, позволяющих выполнять целевые молекулы. Это путь к немедленному коммерческому использованию этих новых материалов ».
Dyesol и Tata Steel Europe объявили в ноябре о разработке Grid Parity Competitive BIPV solar steel это не требует субсидируемых льготных тарифов. Кровля TATA-Dyesol «Solar Steel» в настоящее время устанавливается в Центре экологичных конструкций (SBEC) в Шоттоне, Уэльс.
Исследователи Северо-Западного университета объявили о решении проблем DSSC, трудности в использовании и удержании жидкого электролита и, как следствие, относительно короткий срок службы устройства. Это достигается за счет использования нанотехнологии и преобразования электролита в твердый. Текущий КПД примерно вдвое меньше, чем у кремниевых элементов, но они легкие и имеют гораздо более низкую стоимость производства.
В течение последних 5–10 лет был разработан новый вид DSSC - твердотельный сенсибилизированный красителем солнечный элемент. В этом случае жидкий электролит заменяется одним из нескольких материалов, проводящих твердые дырки. С 2009 по 2013 год эффективность твердотельных DSSC резко выросла с 4% до 15%. Майкл Гретцель объявил о производстве твердотельных DSSC с эффективностью 15,0%, достигнутой с помощью гибридного красителя перовскита CH3NH3PbI 3, нанесенного из разделенных растворов CH 3NH3I и PbI 2.
Первая архитектурная интеграция была использована в EPFL в SwissTech Convention Center в партнерстве с Romande Energie. Общая площадь 300 м, 1400 модулей размером 50 x 35 см. Разработано художниками Дэниелом Шлепфером и Кэтрин Болле.
Исследователи исследовали роль поверхностных плазмонных резонансов, присутствующих на золотых наностержнях, в представлении солнечных элементов, сенсибилизированных красителей. Они создают, что с поглощением света растет линейно; однако извлечение заряда также зависело от концентрации. При оптимизированной концентрации они представлены, что общая эффективность преобразования энергии улучшилась с 5,31 до 8,86% для сенсибилизированных красителей солнечных элементов Y123.
Синтез одномерных наноструктур TiO 2 непосредственно на Стеклянные подложки из оксида олова, легированного фтором, были успешно выполнены с помощью двухступенчатой сольвотермической реакции. Кроме того, за счет обработки золем TiO 2 были улучшены характеристики ячеек с нанопроволокой TiO 2, достигнув эффективности преобразования энергии 7,65%.
Нержавеющая сталь Сообщалось, что противоэлектроды на основе DSSC значительно снижают стоимость по сравнению с обычным противоэлектродом на основе платины и подходят для наружного применения.
Исследователи из EPFL усовершенствовали DSSC на основе комплексы меди окислительно-восстановительные электролиты, которые достигли эффективности 13,1% при стандартных условиях AM1.5G, 100 мВт / см и рекордной эффективности 32% при освещении в помещении 1000 люкс.
Исследователи из Упсальского университета использовали Полупроводники n-типа вместо окислительно-восстановительного электролита для производства твердотельных сенсибилизированных красителей солнечных элементов p-типа.
Несколько коммерческих поставщиков обеспечивают доступность DSC в ближайшем будущем:
 | На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с сенсибилизированным красителем солнечным устройством. |
