染料敏化太陽能電池

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幾種染料敏化太陽能電池

染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell,縮寫為DSSCDSCDYSC[1])是一種廉價的薄膜太陽能電池[2]它是基於由光敏電極和電解質構成的半導體,是一個電氣化學系統。這種電池的一種較新的版本——也叫做格雷策爾電池,是由米夏埃爾·格雷策爾(Michael Grätzel)和布賴恩·奧勒岡1991年在洛桑聯邦理工學院發明的。[3]米夏埃爾·格雷策爾爾因為本發明而曾榮獲2010年千禧年科技獎(2010 millennium technology grand prize)。[4]

具有許多吸引人的特徵; 因為它可以用低廉的材料製成(但實際中已經證明它很難擺脫對於貴重金屬的限制,並且它的液態的電極對於各種天氣的適應也是一個嚴重挑戰),不需要用精細的儀器來製造,這種電池在技術上很有吸引力。而且,其製造過程比以前的電晶體電池要便宜。它可以被製成軟片,機械強度大,不需要特別保護來防止樹枝的撞擊及冰雹。雖然它的能量轉換效率比最好的薄膜電池要低,但理論上它們的性價比已足夠高,在完成市電平價的情況下可以與化石燃料相提並論。由於化學穩定性問題而被擱置的商業應用[5], 在歐盟光伏路線圖英語European Union Photovoltaic Roadmap中預測將在2020年之前顯著促進可再生能源發電。

染料敏化太陽能電池[編輯]

格雷策爾和奧勒岡製成的太陽能電池類型。
染料敏化太陽能電池的操作。

在1960年代後期,發現照明的有機染料可以在電化學電池中的氧化物電極處產生電。[6]

結構[編輯]

在格雷策爾和奧勒岡的設計方案中,電池有3個主部分。頂端是以摻氟的二氧化錫(SnO2:F)製成的透明陽極,置於一平板(一般是玻璃制)背面。這個可傳導平板背面有一薄層二氧化鈦(TiO2),組成一個高度多孔的結構,有著很高的表面面積。TiO2只吸收一小部分太陽光子(紫外輻射的光子)。[7]這塊平板置於由光敏的釕-多吡啶染料(亦稱分子感光劑[7])和溶劑的混合物中。將薄膜在染料溶液中浸濕後,染料薄膜會與TiO2層形成共價鍵。

產業[編輯]

目前全世界宣稱投入者眾多,但迄今無產業尚未發展完整;即便目前實驗室效率達15%在生產上仍有不少限制與突破點需克服;台灣DSSC產業鏈完整,永光、長興、台塑、福盈及造能科技布局產業上下游完整。

參閱[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ Haiying Wan, "Dye Sensitized Solar Cells" 網際網路檔案館存檔,存檔日期2006-09-11., University of Alabama Department of Chemistry, p. 3
  2. ^ "Dye-Sensitized vs. Thin Film Solar Cells" 網際網路檔案館存檔,存檔日期2006-02-10., European Institute for Energy Research, 30 June 2006
  3. ^ Brian O'Regan, Michael Grätzel. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 24 October 1991, 353 (6346): 737–740. Bibcode:1991Natur.353..737O. doi:10.1038/353737a0. 
  4. ^ Professor Grätzel wins the 2010 millennium technology grand prize for dye-sensitized solar cells, Technology Academy Finland, 14 June 2010.
  5. ^ Tributsch, H. Dye sensitization solar cells: a critical assessment of the learning curve. Coordination Chemistry Reviews. 2004, 248 (13–14): 1511–1530. doi:10.1016/j.ccr.2004.05.030. 
  6. ^ Gerischer,H.; Michel-Beyerle,M.; Rebentrost, E.; Tributsch, H. Sensitization of Charge-Injection into Semiconductors with Large Band Gap. Electrochimica Acta. 1968, 13 (6): 1509–1515. doi:10.1016/0013-4686(68)80076-3. 
  7. ^ 7.0 7.1 Juan Bisquert, "Dye-sensitized solar cells", Departament de Física, Universitat Jaume I