收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

天然色素在染料敏化太阳能电池中的应用

王彬蔚  
【摘要】:染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种将太阳能转换为光能的新能源发电装置,因其成本低廉,工艺简单,绿色环保及光电转换效率高等优点引起了科研工作者的广泛关注。目前DSSC的光电转换效率已超过12%,研究者还在为使转换效率更高而不懈努力。DSSC中作为敏化剂的染料,现多使用钌配位的吡啶化合物,价格昂贵,资源稀缺,且污染环境,偏离了太阳能电池绿色环保的概念。天然染料是储存于植物、动物或微生物等各种生物中的色素,具有吸收太阳光的作用。目前已将多种天然染料引入DSSC,虽然效率不高,机理不明,但其具有资源广泛,价格低廉,工艺简单,可生物降解等优点,通过多方面的研究可能发现新型染料,指导DSSC中染料的分子结构设计,或通过电池中各组件间的匹配提高电池的效率。 本文从30种植物或植物组织中提取出天然色素,用于敏化DSSC,选取三种效率较高但性质不同的天然色素:葡萄皮、山竹壳和春羽,分别从吸光性能,敏化性能和光电转换性能三方对其进行了深入探讨;研究了pH值对色素、敏化性能及光电转换性能的影响;并通过共敏化将两种染料先后敏化到阳极膜上,吸光谱叠加的方式,增大光阳极吸光范围,从而提高电池的转换效率。 (1)提取了30种天然色素。春羽、石竹、山竹壳和葡萄皮的吸光范围较宽,其中春羽的吸光范围最宽。DSSC效率最高为1.24%,最低仅为0.0777%,其余大部分效率在0.3%左右。其中山竹壳,葡萄皮,春羽三种植物的光电性能较高,η分别为1.24、0.81、0.573%。 (2)葡萄皮色素吸收480-600nm范围的蓝光和绿光,葡萄皮色素敏化后光阳极的吸光谱略有蓝移。而光阳极在390nm和510nm波长的光转换效率较高。基于葡萄皮色素敏化的DSSC的光电性能参数JSC、VOC、FF、η分别为2.14mA/cm2、0.566V、0.667、0.81%。随着pH值的增大,光阳极吸收480-600nm,波长逐渐红移,当pH值达到8时,整个吸收峰完全消失。采用稀盐酸处理阳极膜的方法,使染料与膜结合性能提高,从而达到提高效率的目的。盐酸处理后的光阳极组装的DSSC的JSC、VOC、FF、η分别为3.186mA/cm2、0.621V、0.723和1.43%,电流密度和光电转换效率分别提高了48.5%和76.5%。 (3)山竹壳吸收460nm附近波段的蓝光。光阳极的吸收比色素溶液的吸收从540nm移至470nm,明显蓝移了很多。光电性能参数JSC、VOC、FF分别为2.57mA/cm2、0.77V、0.627,光电转换效率为1.24%。色素处于pH=2的酸性环境中,保持较好的吸收性能,随着pH值升高,电池的JSC急速下降。绿色光合作用植物春羽中提取液吸收范围从300nm到500nm,还包括600-700nm的红光。然而经春羽色素敏化的阳极膜的紫外可见吸收光谱只显示了430-450nm的强吸收和600-700nm的吸收。春羽敏化后的DSSC的光电性能参数JSC、VOC、FF分别为1.42mA/cm2、0.64V、0.632、0.573%。 (4)双色素共敏化的光阳极山竹壳/春羽和山竹壳/葡萄皮两种组合的吸光范围比单敏化加宽,相当于两者的叠加。山竹壳/春羽敏化的电池中电子在阳极膜/染料/电解质界面传输的阻抗最小,结合其吸光性能,就表现为电池转换效率最高。光电转换参数JSC、VOC、FF和η分别为1.4mA/cm2、0.626V、0.84、0.738%。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;太阳能的特点及当前太阳能利用研究中的主要课题[J];哈铁科技通讯;1979年07期
2 高富强;张小娇;周日峰;须民健;张亚琼;;低能X射线工业CT探测器光电转换效率的研究[J];核电子学与探测技术;2010年10期
3 苏婷;王金梅;台流臣;;改进电导增量法在提高光电转换效率中的研究[J];自动化仪表;2012年12期
4 丛伟;巴德纯;李江;韩恩相;;基于正交试验法TiO_2纳米薄膜的制备及光电性能的研究[J];真空科学与技术学报;2013年06期
5 毛宝良;硅太阳能电池提高光电转换效率[J];电工技术杂志;1992年03期
6 董伟;日本太阳能电池光电转换效率达20%[J];能源研究与信息;2004年01期
7 梁茂;王旭达;袁颖;孙喆;薛松;;2种三聚茚基三芳胺染料的合成及其光伏性能[J];应用化学;2011年12期
8 ;国外点滴[J];农村电气化;2001年02期
9 徐波;吴季怀;张秀坤;李树全;李彪;范乐庆;黄妙良;林建明;;阻挡层薄膜对染料敏化太阳能电池光电性能的影响[J];功能材料;2008年10期
10 李鑫;林红;李建保;;染料敏化太阳能电池用新型共吸附剂的研究[J];稀有金属材料与工程;2009年S2期
11 陈旭涛;张秀霞;姜涛;李文锦;付小园;吴晓雨;彭静;;提高Nano-SiC薄膜的转化效率分析[J];科技创新与应用;2014年04期
12 李祥高;吕海军;王世荣;郭俊杰;李靖;;染料敏化太阳能电池用敏化剂[J];化学进展;2011年Z1期
13 ;日新月异的光伏技术[J];军民两用技术与产品;2011年03期
14 李孜;贾春阳;万中全;;卟啉类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用[J];化学进展;2011年05期
15 黄河;;新产品[J];太阳能;2012年19期
16 ;国内可再生能源新闻[J];太阳能;2013年17期
17 戴松元,王孔嘉,邬钦崇,王瑜;NPC电池高光电转换效率原因探讨[J];太阳能学报;1996年03期
18 张林森;白庆玲;韩莉锋;王力臻;张爱勤;张勇;;水热釜中不同位置对ZnWO_4薄膜性能的影响[J];人工晶体学报;2014年01期
19 张先毛;杨鑫;刘尚军;王瑞林;;基于VC++的光电转换效率IPCE测试系统研制[J];仪器仪表用户;2011年02期
20 孙思远;徐英军;梁茂;孙喆;薛松;;一种含氧供电基团的染料合成及其光伏性能[J];有机化学;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 任丙彦;霍秀敏;左燕;傅洪波;励旭东;许颖;王文静;赵玉文;;太阳能直拉硅片衬底中氧的热行为及其对光电转换效率的影响[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
2 许林;孙志霞;杨耀彬;;多金属氧酸盐对半导体光电转换效率的促进作用[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年
3 付乔明;赵春贵;杨素萍;;基于紫细菌天然光合色素DSSC中敏化剂的筛选与光电性能[A];第五届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会论文摘要集[C];2013年
4 秦浩;王媛;许名飞;景晓燕;高飞飞;王鹏;;一种含二并噻吩的全有机光敏材料[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
5 武文俊;郑志伟;花建丽;田禾;;D-π-M-π-A铂炔配合物敏化太阳电池光伏性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会:有机光伏[C];2014年
6 张明道;覃玲;杨清香;郑和根;;噻吩基三苯胺类染料应用于染料敏化太阳能电池的研究[A];2012年中西部地区无机化学化工学术研讨会论文集[C];2012年
7 刘倩;李翠红;薄志山;;一种高光电转换效率的平面型聚合物太阳能电池给体材料的研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G:光电功能高分子[C];2013年
8 黄礼华;魏明灯;;三元氧化物基的染料敏化太阳能电池[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
9 曾世铭;冯;蒋建华;蔡岳峰;汪义川;李剑;黄治国;;高光电转换效率,无衰减的太阳电池硅单晶的研制[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集:迎接光伏发电新时代[C];2008年
10 张保军;付静;赵芳红;;塔式太阳热能发电技术[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 程辉;染料敏化太阳能电池光阳极的制备、性质和光电转换机理研究[D];南开大学;2012年
2 李晶;抑制染料聚集优化染料敏化太阳能电池器件的研究[D];华东理工大学;2011年
3 单益凡;新型吡啶内盐有机光敏染料的分子设计、合成、表征及其性质研究[D];华东师范大学;2012年
4 滕超;芳胺染料在溴(碘)基染料敏化太阳能电池中的应用[D];大连理工大学;2010年
5 万中全;染料敏化太阳能电池光电转换材料研究[D];电子科技大学;2013年
6 曾宪光;染料敏化太阳能电池光阳极TiO_2薄膜的制备及改性研究[D];西南石油大学;2013年
7 张继远;TiO_2纳米晶表面微结构调控及其对提高DSSC光电转换效率的作用机理研究[D];南京大学;2012年
8 李在房;新型可溶液加工有机小分子材料的设计合成及光伏性能[D];吉林大学;2011年
9 宋晓睿;D-π-A型有机染料的设计合成及其在染料敏化太阳能电池和金属离子识别中的应用[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2008年
10 赵源;分光谱太阳能光电转换系统研究[D];复旦大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭美沅;一种新型卟啉类敏化分子的设计及对影响其光电转换效率因素的探索[D];西南大学;2013年
2 张坤峰;半导体材料改性与染料敏化太阳能电池组装与性能测试[D];河南工业大学;2010年
3 王江丽;稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的应用[D];华侨大学;2012年
4 汪娜;染料敏化太阳能电池的大面积化研究[D];大连理工大学;2010年
5 李庆北;稀土掺杂转换发光材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用[D];华侨大学;2011年
6 陈起静;斜角蒸镀二氧化钛薄膜及其改质处理在染料敏化太阳能电池中的应用[D];烟台大学;2012年
7 王亮;染料敏化太阳能电池离子液体凝胶电解质的制备及性能研究[D];山东理工大学;2010年
8 周飞云;光子调制提高DSSC光电转换效率的研究[D];安徽工程大学;2012年
9 韩黎;染料电池插层磷酸锆复合电解质及光电/热电复合器件研究[D];电子科技大学;2011年
10 张璐;三苯胺类染料分子的设计合成及其光伏性能研究[D];天津理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王婷;提高光电转换效率是光伏发电发展方向[N];中国证券报;2014年
2 李治国;南通强生光电打破成本瓶颈[N];经济日报;2007年
3 钱伯章;薄膜硅太阳能电池光电效率高[N];中国化工报;2009年
4 陈敬农;大面积电池光电转换效率达到5%[N];科技日报;2004年
5 本报记者 周洁;一个百分点突围“光伏寒冬”[N];河北日报;2012年
6 胡蕙;民企南通强生光电首家打破高成本瓶颈[N];民营经济报;2007年
7 牛献力 段同刚;晶龙两新产品亮相慕尼黑[N];中国化工报;2011年
8 通讯员 段同刚 王丽英 记者 蔡计锁;晶龙实现首季开门红[N];河北日报;2011年
9 证券时报记者  徐晓兵;G苏阳光进军光伏产业[N];证券时报;2006年
10 王小龙;染料敏化太阳能电池将用于无人机[N];科技日报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978