染料敏化太阳能电池学术发展简史

染料敏化太阳能电池学术发展简史2016-05-0713:13来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部基于钌化合物的染料敏化太阳能电池1839年，Becquerel发现氧化铜或卤化银涂在金属电极上会产生光电现象，证实了光电转换的可能。1960年代，H.Gerischer，H.Tributsch，Meier及R.Memming发现染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的现象，成为光电化学电池的重要基础。1980年代,光电转换研究的重点转向人工模拟光合作用，美国州立Arizona大学的Gust和Moore研究小组成功模拟了光合作用中光电子转换过程，并取得了一定的成绩。Fujihia等将有机多元分子用LB膜组装成光电二极管，开拓了这方面的工作。1970年代到90年代，R.Memming，H.Gerischer，Hauffe，H.Tributsh等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间光敏化作用，研究主要集中在平板电极上，这类电极只有表面吸附单层染料，光电转换效率小于1%。1991年，GraetzelM.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代,为利用太阳能提供了一条新的途径。1993年,GraetzelM.等人再次研制出光电转换效率达10%的染料敏化太阳能电池,已接近传统的硅光伏电池的水平。1997年，该电池的光电转换效率达到了10%－11%，短路电流达到18mA/cm2,开路电压达到720mV。1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gr?tzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。2000年，东芝公司研究人员开发含碘/碘化物的有机融盐凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电能量转换率7.3%。2001年,澳大利亚STA公司建立了世界上第一个中试规模的DSC工厂。2002年,STA建立了迄今为止独一无二的面积为200m2DSC显示屋顶,集中体现了未来工业化的前景；PengWang等人用含1-methyl-3-propylimidazoliumiodide和poly(viylidenefloridecohexafluoropropylene)离子液态聚合物凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电转换效率可达5.3%。2003年，日本KohjiroHara等人报道了一种多烯染料敏化纳米太阳能电池，其光电能量转换率达6.8%；日本TamotsuHuriuchi等人开发一种廉价的indoline染料，其光电转换效率可达6.1%；Akrakawa工作组用香豆素染料做敏化剂的太阳能电池，其光电转换效率可达7.7%。2003年，Graetzel小组报道了以两性分子染料与多孔聚合物电解质组装的准固态纳米晶太阳电池，在AM1.5模拟太阳光下光电转换率高于6%；台湾工业技术研究院能源研究所应用纳米晶体开发出的染料敏化太阳能电池，根据报道，其光电转换效率可达8%~12%，目前纳米晶体太阳能电池技术在海外已开始商品化，初期效率约5%；中国科学院等离子体物理研究所（IPP）成功制备出光电转换效率接近6%的15×20cm2及40×60cm2的电池组件。2004年,中国科学院等离子体物理研究所（IPP）建成了500瓦规模的小型示范电站,光电转换效率达5%；韩国JongHakKim等使用复合聚合电解质全固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电转换效率可达4.5%；日立制作所试制成功了色素（染料）增感型太阳能电池的大尺寸面板，在实验室内进行的光电转换效率试验中得出的数据为9.3%；染料敏化纳米晶太阳能电池开发商PeccellTechnologies公司(Peccell)宣布其已开发出电压高达4V(与锂离子电池电压相当)的染料敏化纳米晶太阳能电池，可作为下一代太阳能电池，有可能逐渐取代基于硅元素的太阳能电池产品；日本足立教授领导的研究组用TiO2纳米管做染料敏化纳米晶太阳能电池电极材料其光电转换效率可达5%，随后用TiO2纳米网络做电极其光电转换效率达到9.33%。2006年，日本岐阜大学(GifuUniversity)开发的基于二氢吲哚类有机染料敏化的电沉积纳米氧化锌薄膜的塑性彩色电池效率达到了5.6%；日本桐荫横滨大学开发的基于低温TiO2电极制备技术的全柔性DSC效率超过了6%。2009年，中国科学院长春应用化学研究所王鹏课题组研制的电池的效能为9.8%。染料敏化太阳能电池的发明者、瑞士洛桑联邦理工学院的化学教授迈克尔·格拉特兹勒说：“10年前，我们认为我们不会得到超过1%的结果。现在却得到了9.8%的高能效。”目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10％以上，据推算寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10。