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染料敏化太陽能電池轉(zhuǎn)換效率驟增突破15%大關(guān)

   2013-08-07 日經(jīng)電子24560
核心提示: 瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)教授邁克爾格蘭澤爾(Michael Gratzel)的研究小組、英國牛津大學(Universityof Oxford)和日本桐蔭橫濱
       瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)教授邁克爾·格蘭澤爾(Michael Gratzel)的研究小組、英國牛津大學(Universityof Oxford)和日本桐蔭橫濱大學的研究小組,分別獨立開發(fā)出了轉(zhuǎn)換效率超過15%的固體型染料敏化太陽能電池(DSSC)。約在半年左右的時間內(nèi)就將轉(zhuǎn)換效率提高了約4個百分點,大大超過了其他有機類太陽能電池(圖1)。 

       這種DSSC采用鈣鈦礦相的有機無機混合結(jié)晶材料CH3NH3PbI3作為染料敏化材料,并用由有機材料構(gòu)成的空穴輸送材料(HTM)取代了電解液(圖2)。洛桑聯(lián)邦理工學院開發(fā)的DSSC由玻璃、FTO、TiO2、CH3NH3PbI3、HTM及Au等構(gòu)成。而牛津大學等開發(fā)的DSSC還與TiO2一同采用了鋁材(Al2O3)。作為采用有機材料和無機材料制造的太陽能電池,兩者首次實現(xiàn)了可與結(jié)晶硅型太陽能電池相匹敵的轉(zhuǎn)換效率。 

采用固體電解質(zhì)大幅提高轉(zhuǎn)換效率
 

       這種結(jié)構(gòu)的DSSC的前身是日本桐蔭橫濱大學教授宮坂力的研究小組于2009年4月提出的太陽能電池。當時,很多人嘗試采用無機半導(dǎo)體微粒——量子點作為敏化材料,制造“量子點增感型太陽能電池”。宮坂指出“量子點效率低,并且存在電流反向流動等許多課題”。因此,將目光轉(zhuǎn)向了CH3NH3PbI3。 

       CH3NH3PbI3不僅能高效吸收從可見光到波長800nm的廣譜光,還具有能在TiO2等多孔質(zhì)材料上直接化學合成的特點。非常適合涂布工藝。 

       不過,宮坂等人在2009年試制時,采用了傳統(tǒng)的DSSC電解液,轉(zhuǎn)換效率只有3.8%。之后,2012年來到宮坂研究室的牛津大學研究人員,用一般用作固體型DSSC的HTM的“螺二芴化合物”取代了電解液,結(jié)果轉(zhuǎn)換效率首次突破10%,達到了10.9%。后來,隨著工藝不斷優(yōu)化,轉(zhuǎn)換效率僅約半年時間就猛增至15.36%。 

圖1:遠遠超越其他太陽能電池
此次鈣鈦礦相染料敏化太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的增幅與其他有機太陽能電池相比較。
 
 
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