There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Недавние Тенденции в Краск-Сенсибилизированной Технологии Фотоэлемента

Prof. Ashutosh Tiwari

Профессор Ashutosh Tiwari, Исследовательская Лабаратория Материалов Nanostructured, Отдел Науки Материалов и Инджиниринг, Университет Юта
Соответствуя автор: tiwari@eng.utah.edu

Очень учредительство самомоднейшей цивилизации лежит на обильной поставке электрической энергии. На последние 2 столетия, большая часть из наших потребностей электричества была выполнена источниками ископаемого горючего как уголь, природный газ и петролеум. Однако, глобальное требование электричества непрерывно увеличивает. Непрерывное увеличение в спросе на энергию принуждает наше общество искать для в отношении к окружающей среде чистых, устойчивых и источников энергии способных к возрождению.1

Несколько других источники энергии как ветер, солнечных, гидрактор и биомасса были исследованы над последним несколько десятилетий. Среди всех этих необычных источников энергии, солнечная энергия вытекала как практически алтернатива к обычным источникам энергии основанным ископаемым топливом. Однако, даже с непрерывно увеличивая интересом в солнечной энергии, она не могл все еще состязаться полно с обычными ископаемыми источниками энергии из-за нескольких материальных возможностей. Например, обычным фотоэлементы основанные кремнием требуют дефекта особой чистоты - свободного кремния. Цена производить такой кремний особой чистоты очень высока. Из-за высокой материальной эффективности преобразования цены и низкой энергии, цена силы произведенная этими клетками несколькими времен больше чем то произведенное обычными источниками.

В недавних летах, краск-сенсибилизированные фотоэлементы2,3 (DSSCs)получали значительное внимание как рентабельная алтернатива к обычным фотоэлементам. DSSCs приводится в действие дальше процесс который подобен в много уважений к фотосинтезу, процессу которым зеленые заводы производят химическую энергию от солнечного света. Централь к этим клеткам толщиной фильм nanoparticle полупроводника (электрод) который обеспечивает большую поверхностную область для адсорбции света органические молекулы краски. Молекулы Краски поглощают свет в видимом регионе электромагнитного спектра и после этого «впрысните» электроны в nanostructured электрод полупроводника. Этот процесс сопровожен переходом обязанности к краске от посредника дарителя электрона поставленного электролитом, цикл.

Из-за низкой цены продукции, DSSCs имеет потенциал революционизировать индустрию фотоэлемента. Однако, до тех пор пока недавно самые общие системы DSSC под исследованием не будут основаны на электродах состоя из спеченных semiconducting nanoparticles (главным образом TiO2 или ZnO). Эт nanoparticle-основанное DSSCs полагается на ловушк-лимитированной диффузии через nanoparticles полупроводника для перехода электрона.

Это медленный механизм перехода который ограничивает эффективность прибора, специально на более длинних (более менее напористых) длинах волны, потому что случаи рекомбинации будут более правоподобными. Сверх Того спекать nanoparticles требует high-temperature (~450°C) который ограничивает изготовление этих клеток только на nonflexible твердых субстратах. Очень недавно наша группа показывала что значительного роста в эффективности DSSC можно достигнуть если спеченный электрод nanoparticle заменен специально конструированным электродом обладая экзотическим «nanoplant-как» словотолкование, то (см. fig.1).

Диаграмма 1. Схематическая диаграмма ZnO nanoplant-основала начатое DSSC.

Профессор Ashutosh Tiwari и его команда на Исследовательской Лабаратории Материалов Nanostructured продемонстрировал что сразу электрическое тропа, при условии соединенными nanoplants, обеспечивает быстрое собрание несущих произведенных повсеместно в прибор, который значительно увеличивает эффективность преобразования системы. Semiconducting nanoplants ZnO используемые внутри над DSSC рослись используя метод низкой температуры (<150°C) изобретенный нашей группой.4 Из-за природы низкой температуры нашего метода обработки, эти структуры можно вырасти на субстратах полимера небольшими изменениями в обрабатывая параметре. ZnO nanoplant-основало субстраты полимера можно использовать для изготовлять гибкие фотоэлементы.

DSSCs основало на жидкостных электролитах достигало эффективность как высоко как освещение 11% вниз AM 1,5 (W 1000-2 m) солнечное. Однако, главная проблема с этими DSSCs испарение и возможная утечка жидкостного электролита от клетки. Это ограничивает стабилность этих клеток и также представляет серьезную проблему в вычислять по маштабу вверх технологии DSSC для практических применений.

Недавно польза p-типа полупроводников как полупроводниковые отверсти-сборники в DSSCs была предложена.5 Однако, из-за немногочисленности соответствующих сборников отверстия имея правильные положения диапазон-зазора и диапазона, не много прогресса пока был сделан на полупроводниковом (SS) DSSCs. Большая Часть из работы выполненной до тех пор в этом поле включила6,7 пользу CuSCN или CuI как отверсти-сборники. Хотя CuSCN и CuI обладают соотвествующим зазором диапазона и соединяют положения, и нуждаются стабилности и клонатся ухудшить в короткий срок.

Оперируя понятиями стабилности, неорганические полупроводники окиси хорошие выбранные Однако, они редко были использованы по мере того как отверсти-сборники в SS-DSSC, котор нужно датировать главным образом из-за немногочисленности p-типа полупроводников окиси и затруднений изготовления полупроводника окиси наслаивают на TiO покрынное краской2. NiO и CuAlO2 среди очень немногих окисей8,9 которые были показаны, что обладают соответствующими диапазон-зазором и диапазон-положением для применения в SS DSSC. Хотя NiO и CuAlO2 основали SS-DSSC показало довольно высокую стабилность, эффективность клеток было все еще очень низко.

Несоблюдение этих фотоэлементов было приписано к: (I) более низкие внутреннеприсущая проводимость и дырочная подвижность NiO и CuAlO2, и (ii) более большие размеры частицы NiO и CuAlO2 сравнили к той из пор2 TiO, мешающ проникание сборника отверстия в весь покрашенный mesoporous фильм2 TiO, который приводит к в слабом контакте между сборником отверстия и краской. Несмотря На более низкую эффективность преобразования, эти SS DSSCs были очень стабилизированы.8,9 Если эффективность SS DSSCs можно сделать соответствующим к жидкостным DSSCs основанному электролитом, то они определенно будут иметь огромное воздействие на технологии фотоэлемента.

Быть полезн в DSSCs, необходим, что имеет предполагаемый p-тип полупроводник (отверсти-сборник) и краска следующие специальные свойства: (I) P-тип материал должен быть прозрачен в течении видимого спектра, где краска поглощает свет, (ii) метод A должен быть доступен для депозировать p-тип материал без растворять или ухудшающ монослой краски на nanocrystallites2 TiO, (III) Краска должна быть таким что свой уровень возбуждения расположен над дном зоны проводимости TiO2 и уровня земли под верхним краем валентной полосы p-типа материала.

Очень недавно мы показывали то CuBO2, новый p-тип окись открынную нашей группой, 10 выполняем большое часть из вышеуказанных требований. Она прозрачна над широким спектральным рядом с косвенным bandgap eV 2,6 и сразу bandgap eV 4,5. Она показывает высокую проводимость и дырочную подвижность сравненные к полностью другому известному p-типу окисям. Например электрическая проводимость комнатной температуры поликристаллического CuBO2 film10 была 1,65 S-Cm-1, около 65% более высокое чем соответствуя значение (~1 S-Cm-1) сообщенное Kawazoe et al11 для CuAlO2 (см. FIG. 2).

Диаграмма 2. Электрическая проводимость CuBO2. Inset показывает Термоэлектрическую силу материала.

Коэффициент Hall и термоэлектрические измерения силы показали CuBO2 для того чтобы быть p-типа с плотностью несущей заказа 1017 cm-3. Удобоподвижность Hall оцененная от электрической проводимости и измерений Hall была ~100 cm2 V-1 s-1, около 10 времен более высоко чем соответствуя значение (~10 cm2 V-1 s-1) сообщенное Kawazoe et al11 для CuAlO2. Высокие электрическая проводимость и дырочная подвижность CuBO2 предлагают что это смогло быть очень хорошим выбранным для применения сборника отверстия в полупроводниковом DSSCs.


Справки

1. Schipper, L.; Мейер, S.; Howarth, R.; Steiner, R., Выход по Энергии и Человеческая Деятельность: За Тенденциями, Будущие Перспективности (Давление Кембриджского Университета, Кембридж, 1997).
2. O'Regan, B.; Grätzel, M., низкая цена A, фотоэлемент основанный на фильмах TiO2 сенсибилизированных краской коллоидных, Природа 1991 высокой эффективности, 353, 737-739.
3. Grätzel, M., «клетки Photoelectrochemical», Природа 2001, 414, 338-344.
4. Tiwari, A.; Snure, M., «Синтез и Характеризация ZnO Nano-Завод-Как Журнал Электроды» Nanoscience и Нанотехнологии 2008, 8, 3981-3987.
5. Li, B.; Wang, D.L.; Kang, N.B.; Wang, P., Qiu, Y., «Просмотрение недавнего прогресса в полупроводниковых краск-сенсибилизированных фотоэлементах. Материалы Солнечной Энергии и Фотоэлементы» 2006, 90, 549-573.
6. O'Regan, B.; Lenzmann, F.; R. Muis; Wienke, J., «Полупроводниковый краск-сенсибилизированный фотоэлемент изготовленный с давлени-обработанным P25-TiO2 и CuSCN: Анализ завалки и IV поры характеристики», Химия Материалов 2002, 14, 5023-5029.
7. Sirimanne, P.M.; Jeranko, T.; Bogdanoff, P.; Fiechter, S.; Tributsch, H., «На фото-ухудшении сенсибилизированных краской полупроводниковых клеток CuI TiO2/краски», Наука и Техника 2003 Полупроводника, 18, 708-712.
8. Bandara, J.; Weerasinghe, H., «Полупроводниковый краск-сенсибилизированный фотоэлемент с p-типом NiO как сборник отверстия», Материалы Солнечной Энергии и Фотоэлементы 2005, 85, 385-390.
9. J. Bandara; Yasomanee, P.J., «p-тип полупроводники окиси как сборники отверстия в краск-сенсибилизированных полупроводниковых фотоэлементах», Наука и Техника 2007 Полупроводника, 22, 20-24.
10. Snure, M.; Tiwari, A., «p-тип прозрачная окись CuBO2-A», Прикладная Физика Помечает Буквами 2007, 91, 092123 1-3.
11. Kawazoe, H.A.; Yasukawa, M.; Hyodo, H.; Kurita, M.; Yanagi, H.; Hosono, H., «P-Тип электрическая кондукция в прозрачных тонких фильмах CuAlO2», Природа 1997, 389, 939-942.

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Ashutosh Tiwari (Университет Юта)

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

Last Update: 14. June 2013 01:51

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit