Färgsensibilisering av flexibla solceller

Redan på 1970-talet hoppades människor kunna utveckla nya solceller genom att simulera fotosyntes. Vid den tiden lindade människor ett lager av klorofyllfärgämne på ytan av halvledarkristallmaterial titandioxid (TiO2). Även om konceptet med färgsensibiliserade solceller (DSC) föreslogs, på grund av svårigheten med elektrontransport i klorofyll, var omvandlingseffektiviteten endast 0,01 procent.
Det var inte förrän 1991 som den schweiziske kemisten Michael Gratzel använde nanoteknik för att främja den väsentliga utvecklingen av färgsensibiliserade batterier. Gratzel ersätter stora partiklar av TiO2-kristaller med små partiklar av svampig TiO2 med en diameter på 20 nm. Det yttre skiktet är belagt med ett tunt skikt av färgämne, vilket bildar en 10 um tjock optisk transparent film. Det första färgsensibiliserade batteriet som tillverkades har uppnått en omvandlingseffektivitet på 7,1 procent och en strömtäthet på 12 mA/cm ^ 2. Idag är världsrekordet för omvandlingseffektivitet för färgsensibiliserade batterier 11 procent.
I strukturen av en bränslesensibiliserad cell är fotosensibilisatorer belagda på ytan av TiO2-partiklar genom funktionella grupper av karboxyl (-COOH), fosforsyra (-PO3H2) eller borsyra – B (OH) 2 för att bilda ett laddningsöverföringskomplex . De nedsänks sedan i en redoxmediatorlösning, med TCO-glas och metallsubstrat som fungerar som katoder respektive anoder. Fotosensibilisatorn absorberar emitterat ljus, och elektronerna i So i grundtillståndet exciteras till högenergitillståndet S *. Inom fs till ps kommer elektronerna i fotosensibilisatorn in i ledningsbandet för TiO2. Fotosensibilisatorn förlorar elektroner, oxideras och blir S plus. Redoxmediatorn erhåller elektroner från metallanoden och tillhandahåller sedan elektroner till fotosensibilisatorn för att reducera dem. De fria elektronerna på ledningsbandet för So. TiO2 återgår till metallanoden genom TCO-katoden och kretsen. En ström bildas mellan de två elektroderna för att driva belastningen i kretsen.
Anteckningar om flexibla solceller
I mars 2016 utvecklade min forskare en ny typ av flexibel solcell, som experter tror förväntas användas för att utveckla intelligenta temperaturkontrollerade solceller och bärbara solceller.