Nya Trender i Färg-Sensitized Sol- CellTeknologi

vid Prof. Ashutosh Tiwari

Professor Ashutosh Tiwari, Laboratorium för Nanostructured MaterialForskning, Avdelning av MaterialVetenskap och att Iscensätta, Universitetar av Utah
Motsvarande författare: tiwari@eng.utah.edu

Det very fundamentet av den moderna civilisationen ligger på den överflödande tillförselen av elektrisk energi. För de sist två århundradena har mest av våra elektricitetsbehov fullgjorts av fossil tankar källor liksom kol, naturgas och oljor. Emellertid är den globala elektricitetsbegäran fortlöpande ökande. Den fortlöpande förhöjningen i energibegäran tvingar vårt samhälle för att söka för miljömässigt rena, hållbara och förnybara energikällor.1

Flera omväxlande källor av energi liksom lindar, sol-, hydro, och biomassa har undersökts över jumbon flera årtionden. Bland alla dessa okonventionella energikällor har sol- energi dykt upp som ett mest praktisk alternativ till konventionellt fossil-tankar baserade energikällor. Emellertid även med det fortlöpande ökande intressera i sol- energi, det är stilla inte kompetent att konkurrera fullständigt med de konventionella fossil- energikällorna på grund av ett nummer av materiella utmaningar. Till exempel hoppar av de konventionella silikonerna baserade som sol- celler kräver kickrenhet - fria silikoner. Kosta av att producera sådan kickrenhetsilikoner är mycket kicken. På grund av den materiella kicken kosta, och omvandlingseffektivitet för låg energi, kosta av driver producerat av dessa celler är flera tider mer än det som produceras av konventionella källor.

Under senare år har färg-sensitized sol- celler2,3 (DSSCs)mottagit betydlig uppmärksamhet som etteffektivt alternativ till konventionella sol- celler. DSSCs fungerar på ett processaa, som är liknande i mångt och mycket till photosynthesis, det processaa av vilka gräsplanväxter frambringar kemisk energi från solljus. Centralen till dessa celler är en tjock halvledarenanoparticle filmar (elektroden) som ger ett stort ytbehandlar område för adsorptionen av organiska färgmolekylar för den ljusa plockningen. Färgmolekylar absorberar lätt i den synliga regionen av den elektromagnetiska spectrumen, och därefter ”injicera” elektroner in i den nanostructured halvledareelektroden. Detta processaa medföljs av en laddningsöverföring till färgen från en medlare för elektronoljedosering som levereras av en electrolyte som nollställer cykla.

På grund av lowen kosta av produktionen, DSSCs har potentiellt som revolutionerar den sol- cellbranschen. Emellertid, tills för en tid sedan de mest systemen för allmänningen DSSC under utredning baserades på elektroder som består av sintrade semiconducting nanoparticles (mestadels TiO2 eller ZnO). Dessa nanoparticle-baserade DSSCs rely på fälla-begränsad diffusion till och med halvledarenanoparticlesna för elektrontransporten.

Denna är en långsam transportmekanism som begränsar apparateffektivitet, speciellt på längre (mindre driftiga) våglängder, därför att återkombinationshändelser blir mer rimlig. Dessutom att sintra av nanoparticles kräver hög temperatur (~450°C) som begränsar fabriceringen av dessa celler endast på ofleksibla fasta substrates. Mycket för en tid sedan har vår grupp visat att viktig förhöjning i effektiviteten av DSSC kan uppnås, om den sintrade nanoparticleelektroden byts ut av en special planlagd elektrod som äger en exotisk ”nanoplant-något liknande” morfologi (se fig.1).

Figurera 1. Schematiskt diagram av ZnO framkallad nanoplant-baserad DSSC.

Professorn Ashutosh Tiwari och hans lag på de Nanostructured Materialen Forskar Laboratoriumet visade att den elektriska banan för rikta, provided vid de interconnected nanoplantsna, ser till forsamlingen av bärare frambragd alltigenom apparaten, som förhöjer markant omvandlingseffektiviteten av systemet. Semiconducting ZnO nanoplants som användes in ovanför DSSC, var fullvuxna genom att använda en teknik för låg temperatur som (<150°C) uppfanns av vår grupp.4 På grund av naturen för den låga temperaturen av vår bearbeta teknik strukturerar dessa kan vara fullvuxna på polymersubstrates vid obetydliga ändringar i den bearbeta parametern. ZnO nanoplant-baserade polymersubstrates kan användas för att fabricera böjliga sol- celler.

DSSCs baserade på vätskeelectrolytes har nett effektivitet som kick som 11% under sol- belysning för FÖRMIDDAG 1,5 (W-2 1000 M). Emellertid är ett ha som huvudämneproblem med dessa DSSCs avdunstningen och möjlighetläckaget av vätskeelectrolyten från cellen. Detta begränsar stabiliteten av dessa celler och poserar också en allvarligt problem i att skala upp av DSSC-teknologi för praktiskapplikationer.

För en tid sedan har bruket av p-typ halvledare som halvledar- spela golfboll i hål-samlarear i DSSCs varit föreslaget.5 Emellertid på grund av scarcityen av passande spela golfboll i hål samlarear som har riktiga musikband-Gap, och musikbandet placerar, inte mycket framsteg har ännu gjorts på halvledar- (SS) DSSCs. Mest av arbetet utförde så långt i detta sätter in involverat6,7 bruket av CuSCN eller CuI som spela golfboll i hål-samlarear. Både sakna stabilitet och ansa för att degradera i en kort tid, Även Om CuSCN och CuI äger, placerar ett anslåmusikbandmellanrum och ett musikband.

I benämner av stabilitet, är oorganiska oxidhalvledare bra kandidater Emellertid, har de sällan använts som spela golfboll i hål-samlarear i SS-DSSC hitintills mestadels på grund av scarcityen av p-typ oxidhalvledare och svårigheter av fabriceringen av ett oxidhalvledarelagrar på färg täckte TiO2. NiO och CuAlO2 är bland de very få oxiderna8,9 som har visats för att äga passande musikband-Gap och för musikband-att placera för applikationen i SS DSSC. Fast NiOen och CuAlOen2 baserade, visade SS-DSSC ganska kickstabilitet, effektiviteten av cellerna var stilla mycket lågt.

Den fattiga kapaciteten av dessa sol- celler tillskrivades till: (I) spela golfboll i hål lägre inneboende conductivity och rörlighet av NiO och CuAlO2, och (ii) storleksanpassar den större partikeln av NiO, och CuAlO som2 jämförs till det av TiO2 por och att hindering genomträngningen av spela golfboll i hålsamlaren in i hela färgade mesoporous TiO, 2 filmar, som resulterar i svag kontakt mellan spela golfboll i hålsamlaren och färgen. Illviljan den lägre omvandlingseffektiviteten, dessa SS DSSCs var mycket stabil.8,9 Om effektiviteten av SS DSSCs kan göras jämförbar till vätskeelectrolyten baserade DSSCs, då ska de har bestämt viktigt att få effekt på den sol- cellteknologin.

För att vara användbart i DSSCs krävs den presumtiva p-typ halvledaren (spela golfboll i hål-samlare) och färgen för att ha efter special rekvisita: (I) Den materiella p-typen måste vara den genomskinliga alltigenom den synliga spectrumen, var färgen absorberar lätt, (ii), måste A-metoden vara tillgänglig för att sätta in den förnedra p-typen som är materiell, utan att upplösa eller monolayeren av färg på TiO2 nanocrystallites, (iii) Måste färgen vara sådan att dess upphetsada jämnt lokaliseras ovanför bottnen av ledningsmusikbandet av TiO2 och det nedanföra markplan upperen kantar av valencemusikbandet av den materiella p-typen.

Mycket för en tid sedan har vi visat den CuBO2, en ny p-typ oxid som upptäcks av vår grupp, 10 fullgör mest av ovannämnda krav. Den är genomskinlig över ett brett spektral- spänner med en indirekt bandgap av eV 2,6 och en riktabandgap av eV 4,5. Den ställer ut kickconductivity och spela golfboll i hål rörlighet som jämförs till alla andra bekant p-typ oxider. Till exempel var den elektriska conductivityen för rumstemperaturen av den polycrystalline2 CuBOen film10 1,65 S-Cm-1, omkring högre 65%, än motsvara värderar (~1 S-Cm-1) anmält av Kawazoe et al11 för CuAlO2 (se Fig. 2).

Figurera 2. Elektrisk conductivity av CuBO2. Inlägg visar att de Thermoelectric driver av det materiellt.

Thermoelectric Hall som är samverka och, driver mätningar visade CuBOen2 för att vara av p-typ med bäraretäthet av beställa av 1017 cm-3. Hall rörlighet beräknad från den elektriska conductivityen och de Hall mätningarna var ~100 cm2 V-1 s-1, omkring 10 tider higher, än motsvara värderar (~10 cm2 V-1 s-1) anmält av Kawazoe et al11 för CuAlO2. Spela golfboll i hål elektrisk conductivity för Kick och rörlighet av CuBO2 föreslår att det kunde vara en mycket bra kandidat för spela golfboll i hål samlareapplikation i halvledar- DSSCs.


Hänvisar till

1. Schipper L.; Meyer S.; Howarth R.; Steiner, R., EnergiEffektivitet och MänniskaAktivitet: Förgångna Trender, FramtidsUtsikter (den Cambridge Universitetar Press, Cambridge, 1997).
2. O'Regan B.; Grätzel M., A-low kostar, den sol- cellen för kickeffektivitet som baseras på färg, sensitized som colloidal TiO2 filmar, Naturen 1991, 353, 737-739.
3. Grätzel M., ”Photoelectrochemical celler”, Natur 2001, 414, 338-344.
4. Tiwari A.; Snure, M., ”Syntes och Karakteriseringen av den ZnO Nano-Växt-Något liknande Elektroder” Förar Journal över av Nanoscience och Nanotechnology 2008, 8, 3981-3987.
5. Li B.; Wang L.D.; Kang B.N.; Wang P., Qiu, Y., ”Granskar av nytt framsteg i halvledar- färg-sensitized sol- celler. Sol- EnergiMaterial och Sol- Celler” 2006, 90, 549-573.
6. O'Regan B.; Lenzmann F.; Muis R.; Wienke, J., ”En halvledar- färg-sensitized sol- cell som fabriceras med pressa-behandlad P25-TiO2, och CuSCN: Analys av porfyllning och DROPPkännetecken”, Kemi av Material 2002, 14, 5023-5029.
7. Sirimanne P.M.; Jeranko T.; Bogdanoff P.; Fiechter S.; Tributsch H., ”På foto-degraderingen av färg sensitized halvledar- TiO2-/färgCuI celler”, HalvledareVetenskap och Teknologi 2003, 18, 708-712.
8. Bandara J.; Weerasinghe, H., ”Halvledar- färg-sensitized sol- cell med p-typ NiO som en spela golfboll i hålsamlare”, Sol- EnergiMaterial och Sol- Celler 2005, 85, 385-390.
9. Bandara J.; Yasomanee J.P., ”p-typ oxidhalvledare som spela golfboll i hål samlarear i färg-sensitized halvledar- sol- celler”, HalvledareVetenskap och Teknologi 2007, 22, 20-24.
10. Snure M.; Tiwari A., ”CuBO2--Ap-typ den genomskinliga oxiden”, Applicerad Fysik Märker 2007, 91, 092123 1-3.
11. Kawazoe A.H.; Yasukawa M.; Hyodo H.; Kurita M.; Yanagi H.; Hosono H., ”P-Typ elektrisk ledning i genomskinligt tunt filmar av CuAlO2”, Naturen 1997, 389, 939-942.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Ashutosh Tiwari (Universitetar av Utah)

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

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