염료 민감하게 한 태양 전지 기술에 있는 최근 동향

교수에 의하여 Ashutosh Tiwari

Ashutosh Tiwari 교수, 재료 과학의 Nanostructured 물자 연구소, 부 및 기술설계, 유타 대학
대응 저자: tiwari@eng.utah.edu

현대 문명의 바로 기초는 전기 에너지의 풍부한 공급에 속입니다. 마지막 2 세기를 위해, 우리의 전기 필요의 대부분은 석탄 천연 가스 및 석유와 같은 화석 연료 근원에 의해 성취되었습니다. 그러나, 글로벌 전기 수요는 지속적으로 증가하고 있습니다. 에너지 수요에 있는 지속적인 증가는 우리의 사회를 청결하고, 유지할 수 있고는 갱신할 수 있는 에너지원을 환경에 찾.1

바람 태양은, 수력 발전 및 생물 자원과 같은 몇몇 대체 에너지 자원 지난 몇십년 동안 탐구되었습니다. 이 자유로운 에너지원 전부 사이에서, 태양 에너지는 전통적인 화석 연료에 기지를 둔 에너지원에 실제적인 대안으로 나왔습니다. 그러나, 태양 에너지에 있는 지속적으로 증가 관심사로 조차, 그것은 지금도 다수 물자 도전 때문에 전통적인 화석 에너지 근원과 완전히 경쟁할 수 없습니다. 예를 들면, 전통적인 실리콘에 기지를 둔 태양 전지는 높은 순수성 결함이 없는 실리콘을 요구합니다. 그 같은 높은 순수성 실리콘 생성의 비용은 아주 높습니다. 높은 물자 비용 및 낮은 에너지 전환 효율성 때문에, 이 세포에 의해 일어난 힘의 비용은 전통적인 근원에 의해 생성한 그것 보다는 더 많은 것 몇 시간입니다.

최근 몇년 사이에, 염료 민감하게 한 태양 전지는2,3 (DSSCs)비용 효과적인 대안으로 전통적인 태양 전지에 상당한 주목을 받았습니다. DSSCs는 광합성, 녹색 식물이 햇빛에서 화학 에너지를 생성하는 프로세스와 많은 점에서 유사한 프로세스를 작동합니다. 이 세포에 본부는 유기 염료 분자를 가을걷이하는 빛의 흡착을 큰 표면을 제공하는 두꺼운 반도체 nanoparticle 필름 (전극)입니다. 염료 분자는 전자기 스펙트럼의 눈에 보이는 지구에 있는 빛을 흡수하고 그 때 전자를 "주사하십시오 nanostructured 반도체 전극으로". 이 프로세스는 주기를 다시 놓는 전해질에 의해 공급된 전자 기증자 중개자에게서 염료에 책임 이동을 동반됩니다.

낮은 생산 원가 때문에, DSSCs는 태양 전지 산업을 혁명을 일으키는 가능성으로 가지고있ㅂ니다. 그러나, 최근까지는 일반적인 DSSC 시스템은 소결된 semiconducting nanoparticles로 이루어져 있는 전극에 조사중 근거를 두었습니다 (주로 TiO2 또는 ZnO). 이 nanoparticle 기지를 둔 DSSCs는 전자 수송을 위한 반도체 nanoparticles를 통해서 함정 한정된 유포를 의지합니다.

이것은 재결합 사건이 더 확률이 높게 되기 때문에, 더 긴 (보다 적게 정력적인) 파장에 장치 효율성을, 특히 제한하는 느린 이동식 기계 장치입니다. nanoparticles의 더욱 소결은 nonflexible 단단한 기질에서만 이 세포의 제작을 제한하는 고열을 요구합니다 (~450°C). 아주 최근에 우리의 단은 소결된 nanoparticle 전극이" 형태학 nanoplant 같이 이국을 "소유하는 특별히 디자인한 전극 대체되는 경우에 DSSC의 효율성에 있는 중요한 증가가 달성될 수 있다는 것을 보여주었습니다 (fig.1를 보십시오).

숫자 1. ZnO의 개요 도표는 개발된 DSSC를 nanoplant 기지를 두었습니다.

Nanostructured 물자 연구소에 Ashutosh Tiwari와 그의 팀 교수는 직접 전기 통로가, 를 조건으로 상호 연락한 nanoplants에 의하여, 중요하게 시스템의 변환 효율성을 강화하는 장치를 통하여 생성된 운반대의 급속한 수집을 지킨다는 것을 설명했습니다. DSSC의 위 안으로 이용된 ZnO Semiconducting nanoplants는 저온을 사용하여 증가되었습니다 (<150°C) 우리의 단이 발명하는 기술.4 우리의 가공 기술의 저온 본질 때문에, 이 구조물은 가공 매개변수에 있는 경미한 수정에 의해 중합체 기질에 증가될 수 있습니다. ZnO는 유연한 태양 전지 날조를 위해 중합체 기질을 사용될 수 있습니다 nanoplant 기지를 두었습니다.

DSSCs는 11% 밑에 AM 1.5 (1000년 W m) 태양 조명 액체 전해질에 높게는 도달했습니다-2 효율성을 기지를 두었습니다. 그러나, 이에 대한 중요한 문제는 DSSCs 세포에서 액체 전해질의 증발 그리고 가능한 누설입니다. 이것은 이 세포의 안정성을 제한하고 또한 실제적 적용을 위한 DSSC 기술의 확장에 있는 심각한 문제를 제기합니다.

최근에 DSSCs에 있는 고체 구멍 수집가로 p 모형 반도체의 사용은 제시되었습니다.5 그러나, 적당한 악대 간격과 악대 위치가 있는 적당한 구멍 수집가의 부족 때문에, 다량 진전은 아닙니다 고체 (SS) DSSCs에 아직 보였습니다. 이 분야에서 이제까지는 실행된 구멍 수집가로 일의6,7 대부분은 CuSCN CuI의 사용을 관련시켰습니다. CuSCN와 CuI가 소유하더라도 적합한 띠 간격은 및 악대 위치는, 안정성이 결여되고 짧은 기간에 떨어뜨려 경향이 있습니다 둘 다.

안정성 식으로, 무기 산화물 반도체는 좋은 후보자 그러나입니다, p 모형 산화물 반도체의 부족 때문에 SS-DSSC에 있는 구멍 수집가로 드물게 주로 현재까지 이용되지 않으며 산화물 반도체의 제작의 어려움은 염료에 의하여 입힌 TiO에 층을 이룹니다2. NiO와 CuAlO는2 응용을 위한 적당한 악대 간격 그리고 악대 위치를8,9 소유하기 위하여 SS DSSC에 있는 보인 몇몇 산화물 중 아주 입니다. NiO 및 CuAlO가 기지를 두었더라도2 SS-DSSC는 확실히 높은 안정성을, 세포의 효율성 아직도 아주 낮았습니다 보여주었습니다.

이 태양 전지의 빈약한 성과는에 기인했습니다: (i) NiO의 더 낮은 본질 전도도 및 구멍 기동성과 CuAlO2, 그리고 (II) NiO와 CuAlO의 더 큰 입자 크기는2 TiO 숨구멍의 그것에2 비교해, 구멍 수집가와 염료 사이 약한 접촉 귀착되는 TiO2 전체 염색한 mesoporous 필름으로 구멍 수집가의 침투를 방해하. 더 낮은 변환 효율성에도 불구하고, 이 SS DSSCs는 아주 안정되어 있었습니다.8,9 SS DSSCs의 효율성이 액체 전해질에 기지를 둔 DSSCs에 대등한 할 수 있는 경우에, 그(것)들에는 확실히 태양 전지 기술에 대한 중요한 충격이 있을 것입니다.

DSSCs에 유용하기 위하여는, 장래 p 모형 반도체 (구멍 수집가)와 염료에는 뒤에 오는 특별한 속성이 있을 것을 요구됩니다: (i) p 모형 물자가, (II) 방법 녹이기 없이 p 모형 물자 예금을 위해 유효해야 합니다 염료가 빛을 흡수하는 가시광선을 통하여 투명해야 그것의 들뜬 준위가 TiO의2 전도대의 바닥 및 p 모형 물자의 원자가 악대의 위 가장자리의 밑에 지상의 위 있다2 TiO nanocrystallites에 염료의 단층을 떨어뜨려서, (iii) 염료는 그 같은이어야 합니다.

아주 최근에 우리는 그 CuBO 의2 우리의 단이 발견한 새로운 p 모형 산화물을, 성취합니다10 상기 필수품의 대부분을 보여주었습니다. 그것은 2.6 eV의 간접적인 bandgap 및 4.5 eV의 직접 bandgap를 가진 넓은 괴기한 범위에 투명합니다. 그것은 그밖 알려진 p 모형 전부 산화물과 비교된 높은 전도도와 구멍 기동성을 전시합니다. 다결정 CuBO film10의 예를 들면 실내 온도 전기2 전도도는 1.65 S Cm,-1 CuAlO를 위한 Kawazoe 그 외 여러분이 보고한 대응 가치 (~1-1 S Cm) 보다는 더 높았던 대략11 65%이었습니다2 (FIG. 2)를 보십시오.

숫자 2. CuBO의 전기 전도도2. 삽입물은 물자의 열전 힘을 보여줍니다.

홀 계수와 열전 힘 측정은 1017 cm의2 명령의 운반자 밀도를 가진 p 모형의 이기 위하여 CuBO를 보여주었습니다-3. 홀 전기 전도도 및 측정에서 추정된 홀 기동성은 높이 ~100 cm2 V-1 s-1, CuAlO를 위한 Kawazoe 그 외 여러분이 보고한 대응 가치 (~102 cm-1 V-1 s) 보다는 대략 1011 시간이었습니다2. 고체 DSSCs에 있는 구멍 수집가 응용을 위한2 아주 좋은 후보자일 수 있었다는 것을 CuBO의 높은 전기 전도도 그리고 구멍 기동성은 건의합니다.


참고

1. Schipper, L.; 마이어, S.; Howarth, R.; Steiner, R., 에너지 효율 및 인류 활동: 동향 지나서, 미래 장래성 (케임브리지 대학 출판, 케임브리지 1997년).
2. O'Regan, B.; Grätzel, M. 의 A 저가, 염료에 의하여 민감하게 하는 콜로이드 TiO2 필름에, 성격 1991년 근거를 두는, 고능률 태양 전지 353, 737-739.
3. Grätzel, M., "Photoelectrochemical 세포", 성격 2001년, 414, 338-344.
4. Tiwari, A.; Nanoscience와 나노 과학 2008년, 8, 3981-3987의 전극 Nano 공장 같이 ZnO의 Snure, M., "종합 및 특성" 전표.
5. Li, B.; 왕, L.D.; Kang, B.N.; 왕, P., Qiu, Y., "고체 염료 민감하게 한 태양 전지에 있는 최근 진도의 검토. 태양 에너지 물자 및 태양 전지" 2006년, 90, 549-573.
6. O'Regan, B.; Lenzmann, F.; Muis R.; Wienke, J. 날조되는, "압력 취급된 P25-TiO2로 고체 염료 민감하게 한 태양 전지 및 CuSCN: 숨구멍 충전물과 IV의 분석 특성", 물자의 화학 2002년, 14, 5023-5029.
7. Sirimanne, P.M.; Jeranko, T.; Bogdanoff, P.; Fiechter, S.; Tributsch, 염료에 의하여 TiO2/염료 CuI 민감하게 하는 고체 세포", 반도체 과학 및 기술 2003년, 18, 708-712의 사진 강직에 H., ".
8. Bandara, J.; 구멍 수집가로 p 모형 NiO를 가진 Weerasinghe, H., "고체 염료 민감하게 한 태양 전지", 태양 에너지 물자 및 태양 전지 2005년, 85, 385-390.
9. Bandara J.; Yasomanee, J.P., "염료 민감하게 한 고체 태양 전지에 있는 구멍 수집가로 p 모형 산화물 반도체", 반도체 과학 및 기술 2007년, 22, 20-24.
10. Snure, M.; Tiwari, A.는, "CuBO2-A p 모형 투명한 산화물", 적용 물리학 2007년, 91, 092123 1-3를 써 넣습니다.
11. Kawazoe, A.H.; Yasukawa, M.; Hyodo, H.; Kurita, M.; Yanagi, H.; Hosono, H., "CuAlO2의 투명한 박막에 있는 P 모형 전기 유도", 성격 1997년, 389, 939-942.

, 저작권 AZoNano.com Ashutosh Tiwari (유타 대학) 교수

Date Added: Mar 15, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:34

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