Boyaya duyarlı güneş pili - Dye-sensitized solar cell

Boyaya duyarlı güneş pillerinden bir seçki.

Bir boya duyarlı güneş hücresi ( DSSC , DSC , DYSC veya Grätzel hücre ), düşük maliyetli olan solar hücre grubuna ait ince film solar hücreleri . Foto-duyarlı bir anot ile bir elektrolit , bir fotoelektrokimyasal sistem arasında oluşturulan bir yarı iletkene dayanır . Grätzel hücresi olarak da bilinen bir boya güneş pilinin modern versiyonu, ilk olarak 1988 yılında Brian O'Regan ve Michael Grätzel tarafından UC Berkeley'de birlikte icat edildi ve bu çalışma daha sonra École Polytechnique Fédérale de'de adı geçen bilim adamları tarafından geliştirildi. Lozan (EPFL) 1991'de ilk yüksek verimli DSSC'nin yayınlanmasına kadar. Michael Grätzel bu buluş için 2010 Millennium Teknoloji Ödülü'ne layık görüldü .

DSSC'nin bir dizi çekici özelliği vardır; geleneksel rulo baskı tekniklerini kullanarak yapmak kolaydır, yarı esnek ve yarı saydamdır, cam tabanlı sistemlere uygulanamayan çeşitli kullanımlar sunar ve kullanılan malzemelerin çoğu düşük maliyetlidir. Uygulamada, özellikle platin ve rutenyum gibi bir dizi pahalı materyali ortadan kaldırmanın zor olduğu kanıtlanmıştır ve sıvı elektrolit, bir hücreyi tüm hava koşullarında kullanıma uygun hale getirmek için ciddi bir zorluk teşkil etmektedir. Dönüşüm verimliliği en iyi ince film hücrelerinden daha düşük olmasına rağmen, teorik olarak fiyat/performans oranı , şebeke paritesine ulaşarak fosil yakıtlı elektrik üretimi ile rekabet etmelerine izin verecek kadar iyi olmalıdır . Avrupa Birliği Fotovoltaik Yol Haritasında , kimyasal stabilite sorunları nedeniyle ertelenen ticari uygulamaların 2020 yılına kadar yenilenebilir elektrik üretimine önemli ölçüde katkıda bulunacağı tahmin ediliyordu.

Mevcut teknoloji: yarı iletken güneş pilleri

Geleneksel bir katı hal yarı iletkende , bir güneş pili iki katkılı kristalden yapılır, biri ek serbest iletim bandı elektronları ekleyen n-tipi safsızlıklarla ( n-tipi yarı iletken ) ve diğeri p-tipi safsızlıklarla katkılı ( n-tipi yarı iletken ) ek elektron delikleri ekleyen p-tipi yarı iletken ) . Temas halinde yerleştirildiğinde, n-tipi kısımdaki elektronların bir kısmı, elektron delikleri olarak da bilinen eksik elektronları "doldurmak" için p-tipine akar. Sonunda , iki malzemenin Fermi seviyelerini eşitlemek için sınır boyunca yeterli elektron akacaktır . Sonuç, arayüzde, yük taşıyıcılarının tükendiği ve/veya arayüzün her iki tarafında biriktiği pn bağlantısı olan bir bölgedir . Silikonda, bu elektron transferi , yaklaşık 0,6 ila 0,7 eV'lik bir potansiyel bariyer oluşturur.

Güneşe yerleştirildiğinde, güneş ışığının fotonları yarı iletkenin p-tipi tarafındaki elektronları uyarabilir, bu süreç foto-uyarılma olarak bilinir . Silikonda güneş ışığı, bir elektronu düşük enerjili değerlik bandından yüksek enerjili iletim bandına itmek için yeterli enerji sağlayabilir . Adından da anlaşılacağı gibi, iletim bandındaki elektronlar silikon etrafında hareket etmekte serbesttir. Bir bütün olarak hücreye bir yük yerleştirildiğinde, bu elektronlar p-tipi taraftan n-tipi tarafa akacak, dış devre boyunca hareket ederken enerji kaybedecek ve daha sonra p-tipi malzemeye geri akacaktır. geride bıraktıkları değerlik bandı deliği ile tekrar birleşebilirler. Bu şekilde güneş ışığı bir elektrik akımı oluşturur.

Herhangi bir yarı iletkende, bant aralığı , yalnızca bu miktarda veya daha fazla enerjiye sahip fotonların bir akımın üretilmesine katkıda bulunacağı anlamına gelir. Silikon söz konusu olduğunda, kırmızıdan menekşe rengine kadar olan görünür ışığın çoğunluğu, bunun gerçekleşmesi için yeterli enerjiye sahiptir. Ne yazık ki, tayfın mavi ve mor ucundaki daha yüksek enerjili fotonlar, bant aralığını geçmek için fazlasıyla yeterli enerjiye sahiptir; bu ekstra enerjinin bir kısmı elektronlara aktarılsa da, çoğu ısı olarak boşa harcanır. Diğer bir konu da, makul bir foton yakalama şansına sahip olmak için n-tipi katmanın oldukça kalın olması gerektiğidir. Bu aynı zamanda, yeni atılan bir elektronun, pn bağlantısına ulaşmadan önce malzemede önceden oluşturulmuş bir delikle karşılaşma şansını da artırır. Bu etkiler, silikon güneş pillerinin verimliliğinde şu anda ortak modüller için yaklaşık %12 ila 15 ve en iyi laboratuvar hücreleri için %25'e kadar bir üst sınır oluşturur (%33.16, tek bant boşluklu güneş pilleri için teorik maksimum verimliliktir, bkz. Shockley). –Queisser limiti .).

Geleneksel yaklaşımdaki en büyük sorun maliyettir; güneş pilleri, makul foton yakalama oranlarına sahip olmak için nispeten kalın bir katkılı silikon tabakası gerektirir ve silikon işleme pahalıdır. Son on yılda, özellikle ince film yaklaşımları olmak üzere, bu maliyeti azaltmak için bir dizi farklı yaklaşım olmuştur , ancak bugüne kadar çeşitli pratik problemler nedeniyle sınırlı bir uygulama görmüşlerdir. Başka bir araştırma dizisi, bu hücrelerin çok yüksek maliyetli olmasına ve yalnızca büyük ticari dağıtımlar için uygun olmasına rağmen , çok bağlantı yaklaşımı yoluyla verimliliği önemli ölçüde artırmak olmuştur . Genel olarak, artan arz nedeniyle maliyetler bir miktar düşmüş olsa da, çatıda kurulum için uygun hücre türleri verimlilik açısından önemli ölçüde değişmemiştir.

Boyaya duyarlı güneş pilleri

Hücrenin Tipi yapılan EPFL Grätzel ve O'Regan tarafından
Bir Grätzel hücresinin çalışması.

1960'ların sonlarında, aydınlatılmış organik boyaların elektrokimyasal hücrelerdeki oksit elektrotlarda elektrik üretebildiği keşfedildi. Fotosentezdeki birincil süreçleri anlamak ve simüle etmek amacıyla fenomen, Berkeley'deki California Üniversitesi'nde ıspanaktan ekstrakte edilen klorofil (biyo-mimetik veya biyonik yaklaşım) ile incelenmiştir. Bu tür deneyler temelinde, boya duyarlılaştırma güneş pili (DSSC) ilkesi yoluyla elektrik enerjisi üretimi 1972'de gösterildi ve tartışıldı. Boya güneş pilinin kararsızlığı ana zorluk olarak tanımlandı. Etkinliği, sonraki yirmi yıl boyunca, ince oksit tozundan hazırlanan elektrotun gözenekliliği optimize edilerek geliştirilebilir, ancak kararsızlık bir problem olarak kaldı.

DSSC'nin en yaygın türü olan modern bir n-tipi DSSC, yeşil yapraklardaki klorofil gibi güneş ışığını emen moleküler bir boya ile kaplanmış gözenekli bir titanyum dioksit nanoparçacık tabakasından oluşur . Titanyum dioksit , üstünde platin bazlı bir katalizör olan bir elektrolit çözeltisi altına daldırılır . Geleneksel bir alkalin pilde olduğu gibi , bir sıvı iletkenin (elektrolit) her iki tarafına bir anot (titanyum dioksit) ve bir katot (platin) yerleştirilir.

n-tipi DSSC'lerin çalışma prensibi birkaç temel adımda özetlenebilir. Gün ışığı daha sonra akmasına elektronları uyarabilir boya tabakası içine şeffaf elektrot geçer iletim bandı arasında n-tipi yarı iletken , tipik olarak, titanyum dioksit. Titanyum dioksitten gelen elektronlar daha sonra bir yüke güç sağlamak için toplandıkları şeffaf elektrota doğru akar. Dış devreden aktıktan sonra, karşı elektrot olarak da bilinen arkadaki metal bir elektrot üzerinde hücreye yeniden verilir ve elektrolite akarlar. Elektrolit daha sonra elektronları boya moleküllerine geri taşır ve oksitlenmiş boyayı yeniden oluşturur.

Yukarıdaki temel çalışma prensibi, boyaya duyarlı yarı iletkenin p tipi (tipik olarak nikel oksit) olduğu bir p-tipi DSSC'de benzerdir . Bununla birlikte, bunun yerine bir p-tipi DSSC olarak, yarı iletken içine elektron enjekte bir delik içine boya akar valans bandının bir p-tipi yarı iletken .

Boyaya duyarlı güneş pilleri, geleneksel bir hücre tasarımında silikon tarafından sağlanan iki işlevi birbirinden ayırır. Normalde silisyum hem fotoelektron kaynağı olarak hem de yükleri ayıracak ve bir akım oluşturacak elektrik alanı sağlar. Boyaya duyarlı güneş pilinde, yarı iletkenin büyük kısmı yalnızca yük taşıma için kullanılır, fotoelektronlar ayrı bir ışığa duyarlı boyadan sağlanır . Boya, yarı iletken ve elektrolit arasındaki yüzeylerde yük ayrımı meydana gelir.

Boya molekülleri oldukça küçüktür (nanometre boyutundadır), bu nedenle gelen ışığın makul bir miktarını yakalamak için boya molekülleri tabakasının oldukça kalın, moleküllerin kendisinden çok daha kalın yapılması gerekir. Bu sorunu çözmek için, bir nanomalzeme, çok sayıda boya molekülünü 3 boyutlu bir matriste tutmak için bir yapı iskelesi olarak kullanılır ve hücrenin herhangi bir belirli yüzey alanı için molekül sayısını arttırır. Mevcut tasarımlarda bu iskele çift göreve hizmet eden yarı iletken malzeme ile sağlanmaktadır.

Sayaç Elektrot Malzemeleri

DSSC'nin en önemli bileşenlerinden biri karşı elektrottur. Daha önce belirtildiği gibi, karşı elektrot, dış devreden elektronları toplamaktan ve redoks mekiğinin indirgeme reaksiyonunu katalize etmek için onları elektrolite geri vermekten sorumludur , genellikle I 3 - ila I - . Bu nedenle, karşı elektrotun sadece yüksek elektron iletkenliğine ve yayılma kabiliyetine sahip olması değil , aynı zamanda elektrokimyasal stabilite, yüksek katalitik aktivite ve uygun bant yapısına sahip olması önemlidir . Halihazırda kullanılan en yaygın karşı elektrot malzemesi, DSSC'lerde platindir, ancak yüksek maliyetleri ve kıt kaynakları nedeniyle sürdürülebilir değildir. Bu nedenle, karşılaştırılabilir veya üstün elektrokatalitik performansla platinin yerini alabilecek yeni hibrit ve katkılı malzemelerin keşfedilmesine yönelik birçok araştırma yapılmıştır. Yaygın olarak incelenen böyle bir kategori , kobalt , nikel ve demirin (CCNI) kalkojen bileşiklerini , özellikle morfolojinin, stokiyometrinin ve sinerjinin ortaya çıkan performans üzerindeki etkilerini içerir . Malzemenin elementel bileşimine ek olarak, bu üç parametrenin ortaya çıkan karşı elektrot verimini büyük ölçüde etkilediği bulunmuştur. Elbette, son derece mezogözenekli karbonlar, kalay bazlı malzemeler, altın nanoyapılar ve ayrıca kurşun bazlı nanokristaller gibi şu anda araştırılmakta olan çeşitli başka malzemeler de var. Bununla birlikte, aşağıdaki bölüm, DSSC karşı elektrot performansını optimize etmeye yönelik olarak özellikle CCNI ile ilgili devam eden çeşitli araştırma çalışmalarını derlemektedir.

morfoloji

Aynı bileşimde bile, karşı elektrotu oluşturan nanoparçacıkların morfolojisi, genel fotovoltaik veriminin belirlenmesinde böyle bütünleyici bir rol oynar. Bir malzemenin elektrokatalitik potansiyeli, redoks türlerinin difüzyonunu ve azaltılmasını kolaylaştırmak için mevcut yüzey alanı miktarına büyük ölçüde bağlı olduğundan, DSSC karşı elektrotları için nanoyapıların morfolojisini anlamaya ve optimize etmeye yönelik çok sayıda araştırma çabası odaklanmıştır.

2017 yılında Huang ve ark. Bir kullanılan çeşitli yüzey aktif maddeler mikro emülsiyonun COSE hidrotermal sentez -assisted 2 / CoSeO 3 nanocubes, nanorods ve üretilmesi için kompozit kristaller nano partikülleri . Bu üç morfolojinin karşılaştırılması, en büyük elektroaktif yüzey alanına sahip olması nedeniyle hibrit kompozit nanoparçacıkların platin benzerinden bile daha yüksek olan %9.27 ile en yüksek güç dönüşüm verimliliğine sahip olduğunu ortaya çıkardı. Sadece bu değil, nanoparçacık morfolojisi, en yüksek tepe akım yoğunluğunu ve anodik ve katodik tepe potansiyelleri arasındaki en küçük potansiyel boşluğu sergiledi , böylece en iyi elektrokatalitik yeteneği ima etti.

Benzer bir çalışma ancak farklı bir sistemle Du ve ark. 2017 yılında, NiCo 2 O 4'ün üçlü oksidinin, nanoçubuklar veya nano tabakalarla karşılaştırıldığında nanoçiçekler olarak en büyük güç dönüştürme verimliliğine ve elektrokatalitik yeteneğe sahip olduğunu belirledi. Du et al. nanoçiçeklerin daha geniş aktif yüzey alanlarından yararlanmaya yardımcı olan çeşitli büyüme mekanizmalarını keşfetmenin, DSSC uygulamalarını diğer alanlara genişletmek için bir açıklık sağlayabileceğini fark etti.

stokiyometri

Tabii ki, karşı elektrot olarak kullanılan malzemenin bileşimi, verimli elektron alışverişine izin vermek için değerlik ve iletim enerji bantlarının redoks elektrolit türlerininkilerle örtüşmesi gerektiğinden, çalışan bir fotovoltaik oluşturmak için son derece önemlidir .

2018 yılında Jin ve ark. elde edilen hücre performansı üzerindeki etkisini anlamak için çeşitli stokiyometrik nikel ve kobalt oranlarında üçlü nikel kobalt selenit (Ni x Co y Se) filmleri hazırladı. Nikel ve kobalt bimetalik alaşımlarının olağanüstü elektron iletimi ve kararlılığına sahip olduğu biliniyordu, bu nedenle stokiyometrisini optimize etmek, ideal olarak tek metalik muadillerinden daha verimli ve kararlı bir hücre performansı üretecektir. Jin ve ark. Ni 0.12 Co 0.80 Se olarak, hem platin hem de ikili selenid muadillerine göre üstün güç dönüştürme verimliliği (% 8,61), daha düşük yük transfer empedansı ve daha yüksek elektrokatalitik yeteneğe sahip olduğu bulundu.

Sinerji

Aktif olarak çalışılan son bir alan, üstün elektroaktif performansın desteklenmesinde farklı malzemelerin sinerjisidir. İster çeşitli yük taşıma malzemeleri, elektrokimyasal türler veya morfolojiler yoluyla olsun, farklı malzemeler arasındaki sinerjik ilişkiden yararlanmak, daha da yeni karşı elektrot malzemelerinin yolunu açmıştır.

2016 yılında Lu ve ark. Karşı elektrotu oluşturmak için azaltılmış grafen oksit (rGO) nano-pulları ile karışık nikel kobalt sülfür mikropartikülleri . Lu et al. sadece rGO'nun triiyodür indirgemesini hızlandırmada yardımcı katalizör olarak hareket ettiğini değil, aynı zamanda mikropartiküller ve rGO'nun tüm sistemin yük transfer direncini azaltan sinerjik bir etkileşime sahip olduğunu keşfetti. Bu sistemin verimliliği platin analogundan biraz daha düşük olsa da (NCS/rGO sisteminin verimliliği: %8,96; Pt sisteminin verimliliği: %9.11), daha fazla araştırma yapılabilecek bir platform sağladı.

Yapı

Orijinal Grätzel ve O'Regan tasarımı durumunda, hücrenin 3 ana parçası vardır. Üstte, (tipik olarak cam) bir plakanın arkasında biriktirilen florür katkılı kalay dioksitten (SnO 2 :F) yapılmış şeffaf bir anot bulunur. Bu iletken plakanın arka yüzünde ince bir tabakası olan titanyum dioksit (TiOz 2 ), son derece yüksek olan oldukça gözenekli bir yapıya olan formları yüzey alanı . (TiO 2 ) sinterleme adı verilen bir işlemle kimyasal olarak bağlanır . TiO 2 , güneş fotonlarının ( UV'dekiler) sadece küçük bir kısmını emer. Plaka daha sonra ışığa duyarlı bir rutenyum - polipiridil boya (moleküler duyarlılaştırıcılar olarak da adlandırılır) ve bir çözücü karışımına daldırılır . Sonra ıslatma boya çözeltisinde filmi, boya, ince bir tabaka kovalent TiO yüzeyine bağlanmış bırakılır 2 . Bağ, ya bir ester, şelatlayıcı ya da iki dişli köprüleme bağlantısıdır.

Daha sonra, iletken bir levha, tipik olarak platin metal üzerine yayılmış ince bir iyodür elektrolit tabakası ile ayrı bir plaka yapılır . İki plaka daha sonra elektrolitin sızmasını önlemek için birleştirilir ve mühürlenir. İnşaat, onları elle inşa etmek için mevcut hobi kitleri olacak kadar basittir. Bir dizi "gelişmiş" malzeme kullanmalarına rağmen, bunlar normal hücreler için gerekli olan silikona kıyasla ucuzdur çünkü pahalı üretim adımları gerektirmezler. Örneğin TiO 2 , halihazırda bir boya tabanı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Verimli DSSC cihazlarından biri, karboksilat parçaları yoluyla bir fotoanoda bağlanan rutenyum bazlı moleküler boya, örneğin [Ru(4,4'-dikarboksi-2,2'-bipiridin) 2 (NCS) 2 ] (N3) kullanır. . Photoanode şeffaf 10-20 nm çapında TiO 12 um kalınlığında bir film oluşur 2 dağılım fotonlar şeffaf film içine geri partiküllerin (400 nm çapında) çok daha büyük bir 4 um kalınlığında bir film ile kaplı nanopartiküller. Heyecan boya hızlı TiO içine bir elektron enjekte 2 ışık emme sonra. Enjekte edilen elektron, ön taraftaki şeffaf iletken oksit (TCO) elektrotunda toplanacak sinterlenmiş parçacık ağı boyunca yayılırken, boya bir çözelti içinde çözülmüş bir redoks mekiği I 3 - /I - ile indirgeme yoluyla yeniden üretilir . Mekiğin oksitlenmiş formunun karşı elektrota difüzyonu devreyi tamamlar.

DSSC'lerin Mekanizması

Aşağıdaki adımlar, geleneksel bir n-tipi DSSC fotonlarını (ışık) akıma dönüştürür:

  1. Olay foton TiO üzerine adsorbe ışığa (örn. Ru kompleks) tarafından emilir 2 yüzeyi.
  2. Işığa duyarlılaştırıcılar, temel durumdan (S) uyarılmış duruma (S ) uyarılır . Uyarılmış elektronlar, TiO 2 elektrotunun iletim bandına enjekte edilir . Bu, ışığa duyarlılaştırıcının (S + ) oksidasyonu ile sonuçlanır .
    S + hν → S

     

     

     

     

    ( 1 )

     

     

     

     

    ( 2 )

  3. TiO iletim bandı zerk edilen elektronlar 2 TiO arasında taşınmaktadır 2 arka temas (TCO) doğru difüzyon sahip nanopartiküller. Ve elektronlar sonunda devre yoluyla karşı elektrota ulaşır.
  4. Oksitlenmiş ışığa duyarlılaştırıcı (S + ), redoks aracısından, tipik olarak I - iyon redoks aracısından elektronları kabul eder ve temel durumun (S) yenilenmesine yol açar ve iki I - -İyonu, I - ile reaksiyona giren temel İyota oksitlenir . oksitlenmiş durum, I 3 - .
    S + + e - → S

     

     

     

     

    ( 3 )

  5. Oksitlenmiş redoks aracısı, I 3 - , karşı elektrota doğru yayılır ve ardından I - iyonlarına indirgenir .
    ben 3 + 2 e → 3 ben

     

     

     

     

    ( 4 )

Bir DSSC etkinliği bileşenin dört enerji seviyelerine bağlıdır: uyarılmış durum (yaklaşık LUMO ) ve ışığa duyarlı temel durum (HOMO), TiO Fermi seviyesi 2 elektrod ve aracı maddesinin redoks potansiyeli, (I - /I 3 ) elektrolitte.

Nanoplant benzeri morfoloji

DSSC, elektrotlar esas olarak, sinterlenmiş yarı iletken nanopartiküllerin TiO oluşan 2 veya ZnO oranlarında karıştırılır. Bu nanoparçacık DSSC'ler, elektron taşınması için yarı iletken nanoparçacıklar boyunca tuzakla sınırlı difüzyona dayanır. Bu, yavaş bir taşıma mekanizması olduğu için cihaz verimliliğini sınırlar. Rekombinasyonun daha uzun dalga boylarında radyasyon meydana gelmesi daha olasıdır. Ayrıca, nanopartiküllerin sinterlenmesi, yaklaşık 450 °C'lik yüksek bir sıcaklık gerektirir, bu da bu hücrelerin üretimini sağlam, katı katı substratlarla sınırlandırır. Sinterlenmiş nanoparçacık elektrotun, egzotik bir 'nanoplant benzeri' morfolojiye sahip özel olarak tasarlanmış bir elektrot ile değiştirilmesi durumunda, DSSC'nin verimliliğinde bir artış olduğu kanıtlanmıştır.

Operasyon

Geleneksel bir n-tipi DSSC'de, güneş ışığı hücreye şeffaf SnO 2 :F üst teması yoluyla girer ve TiO 2 yüzeyindeki boyaya çarpar . Yeterli enerji ile boya çarpan ışık, bir elektron olabilir olan boya, bir uyarılmış duruma oluşturmak emilecek TiO iletim bandı doğrudan "enjekte" 2 . Oradan difüzyonla (bir elektron konsantrasyonu gradyanının bir sonucu olarak ) üstteki berrak anoda doğru hareket eder .

Bu arada boya molekülü bir elektron kaybetmiştir ve başka bir elektron sağlanmazsa molekül ayrışacaktır. Boya birini şeritler iyodür TiO aşağıdaki elektrolit içinde 2 içine oksitleyici triiodide . Bu reaksiyon, enjekte edilen elektronun oksitlenmiş boya molekülü ile yeniden birleşmesi için geçen süreye kıyasla oldukça hızlı gerçekleşir ve güneş pilini etkili bir şekilde kısa devre yapacak bu rekombinasyon reaksiyonunu önler .

Triiyodür daha sonra, hücrenin dibine mekanik olarak difüze olarak eksik elektronunu geri kazanır; burada karşı elektrot , dış devreden aktıktan sonra elektronları yeniden sunar.

Yeterlik

Güneş pillerini karakterize etmek için birkaç önemli ölçü kullanılmaktadır. En belirgin olanı, hücre üzerinde parlayan belirli bir miktarda güneş enerjisi için üretilen toplam elektrik gücü miktarıdır. Yüzde olarak ifade edildiğinde, bu güneş dönüşüm verimliliği olarak bilinir . Elektrik gücü, akım ve voltajın ürünüdür, dolayısıyla bu ölçümler için maksimum değerler de önemlidir, sırasıyla J sc ve V oc . Son olarak, temel fiziği anlamak için, bir fotonun (belirli bir enerjinin) bir elektron yaratma şansını karşılaştırmak için "kuantum verimliliği" kullanılır.

Gelen kuantum verimi açısından, DSSCs son derece verimlidir. Nano yapıdaki "derinlikleri" nedeniyle, bir fotonun emilme olasılığı çok yüksektir ve boyalar onları elektronlara dönüştürmede çok etkilidir. DSSC yıllarda mevcut olamayacağı küçük kayıpların çoğu iletim TiO kayıpları nedeniyle 2 ve net elektrot veya ön elektrot optik kayıplar. Yeşil ışık için genel kuantum verimliliği yaklaşık %90'dır, "kayıp" %10'luk kısım büyük ölçüde üst elektrottaki optik kayıplardan kaynaklanmaktadır. Geleneksel tasarımların kuantum verimliliği, kalınlıklarına bağlı olarak değişir, ancak yaklaşık olarak DSSC ile aynıdır.

Teorik olarak, böyle bir hücre tarafından üretilen maksimum gerilimi (arasındaki fark, sadece bir quasi -) Fermi seviyesi TiO 2 ve redoks potansiyeli güneş aydınlatması koşullarında (V altında 0.7 V ile ilgili elektrolit, oc ). Yani, aydınlatılmış bir DSSC bir "açık devrede" bir voltmetreye bağlanırsa, yaklaşık 0,7 V okur. Voltaj açısından, DSSC'ler silikondan biraz daha yüksek V oc sunar , 0,6 V'a kıyasla yaklaşık 0,7 V. Bu, oldukça küçük bir fark, bu nedenle gerçek dünya farklılıklarına mevcut üretim hakimdir, J sc .

Boya TiO serbest elektronların emilir foton dönüştürme de yüksek verimli olmasına rağmen 2 , tek foton nihai boya tarafından emilen akımı üretir. Foton emilme oranı duyarlı TiO absorpsiyon spektrumu bağlıdır 2 tabaka ve güneş akı spektrum üzerine. Bu iki spektrum arasındaki örtüşme, mümkün olan maksimum fotoakımı belirler. Tipik olarak kullanılan boya molekülleri genellikle spektrumun kırmızı kısmında silikona kıyasla daha zayıf absorpsiyona sahiptir, bu da güneş ışığındaki fotonların daha azının mevcut nesil için kullanılabilir olduğu anlamına gelir. Bu faktörler, geleneksel silikon bazlı güneş hücresi teklifleri m, yaklaşık 35, karşılaştırma için, bir DSSC tarafından üretilen akımı sınırlamak bir / cm 2 mevcut DSSCs 20 mA / cm'lik teklif ise, 2 .

Mevcut DSSC'ler için genel tepe güç dönüştürme verimliliği yaklaşık %11'dir. Prototipler için mevcut rekor %15'te.

bozulma

DSSC'ler ultraviyole radyasyona maruz kaldığında bozulur . 2014 yılında, yaygın olarak kullanılan amorf Spiro-MeOTAD delik taşıma katmanının hava sızması, oksidasyondan ziyade bozulmanın birincil nedeni olarak tanımlandı. Uygun bir bariyer eklenerek hasar önlenebilir.

Bariyer tabakası, UV stabilizatörlerini ve/veya UV emici lüminesan kromoforları (boya tarafından yeniden emilebilen daha uzun dalga boylarında yayan) ve hücrenin etkinliğini korumak ve geliştirmek için antioksidanları içerebilir .

Avantajlar

DSSC'ler şu anda mevcut olan en verimli üçüncü nesil (2005 Temel Araştırma Güneş Enerjisi Kullanımı 16) güneş enerjisi teknolojisidir. Diğer ince film teknolojileri tipik olarak %5 ile %13 arasındadır ve geleneksel düşük maliyetli ticari silikon paneller %14 ile %17 arasında çalışır. Bu, DSSC'leri, camsız kollektörün mekanik sağlamlığının ve hafifliğinin büyük bir avantaj olduğu çatı tipi güneş kollektörleri gibi "düşük yoğunluklu" uygulamalarda mevcut teknolojilerin yerini alması olarak çekici kılmaktadır. Daha yüksek maliyetli, daha verimli hücrelerin daha uygun olduğu büyük ölçekli dağıtımlar için çekici olmayabilirler, ancak DSSC dönüştürme verimliliğindeki küçük artışlar bile onları bu rollerden bazıları için uygun hale getirebilir.

DSSC'lerin özellikle çekici olduğu başka bir alan daha var. TiO doğrudan bir elektron enjekte işlemi 2 elektron orijinal kristal içinde "teşvik" geleneksel bir hücre içinde meydana gelen niteliksel farklıdır. Teoride, düşük üretim hızları göz önüne alındığında, silikondaki yüksek enerjili elektron kendi deliğiyle yeniden birleşebilir ve akımın üretilmesiyle sonuçlanmayan bir foton (veya başka bir enerji formu) yayabilir. Bu özel durum yaygın olmasa da, başka bir atom tarafından üretilen bir elektronun önceki bir foto-uyarımda geride kalan bir delik ile birleşmesi oldukça kolaydır.

Buna karşılık, DSSC kullanılan enjeksiyon işlemi TiO bir delik tanıtmak gelmez 2 , sadece fazladan bir elektron. Elektronun boya içinde yeniden birleşmesi enerjisel olarak mümkün olsa da, bunun meydana gelme hızı, boyanın çevreleyen elektrolitten bir elektron geri kazanma hızına kıyasla oldukça yavaştır. TiO şirketinden Rekombinasyon 2 tekrar optimize cihazlar için bu reaksiyon çok yavaş olmasına rağmen, elektrolit içinde türe de mümkündür. Aksine, platin kaplı elektrottan elektrolit içindeki türlere elektron transferi zorunlu olarak çok hızlıdır.

Bu olumlu "diferansiyel kinetiklerin" bir sonucu olarak, DSSC'ler düşük ışık koşullarında bile çalışır. Bu nedenle, DSSC'ler bulutlu gökyüzü ve doğrudan olmayan güneş ışığı altında çalışabilirken, geleneksel tasarımlar, şarj taşıyıcı hareketliliği düşük olduğunda ve rekombinasyon önemli bir sorun haline geldiğinde, bazı düşük aydınlatma limitlerinde bir "kesilme" yaşayacaktır. Kesinti o kadar düşük ki, evdeki ışıklardan küçük cihazlar için enerji toplayarak iç mekan kullanımı için bile öneriliyorlar.

DSSC'lerin çoğu ince film teknolojisiyle paylaştığı pratik bir avantaj, hücrenin mekanik sağlamlığının dolaylı olarak daha yüksek sıcaklıklarda daha yüksek verimliliğe yol açmasıdır. Herhangi bir yarı iletkende, artan sıcaklık, bazı elektronları "mekanik olarak" iletim bandına yükseltecektir. Geleneksel silikon hücrelerin kırılganlığı, tipik olarak onları bir seraya benzer bir cam kutu içine yerleştirerek , dayanıklılık için metal bir destekle , elementlerden korunmalarını gerektirir . Bu tür sistemler, hücreler dahili olarak ısındıkça verimlilikte gözle görülür düşüşler yaşarlar. DSSC'ler normalde ön tabakada sadece ince bir iletken plastik tabakası ile inşa edilir, bu da ısıyı çok daha kolay yaymalarını sağlar ve bu nedenle daha düşük iç sıcaklıklarda çalışır.

Dezavantajları

DSSC tasarımının en büyük dezavantajı, sıcaklık stabilite sorunları olan sıvı elektrolit kullanılmasıdır. Düşük sıcaklıklarda elektrolit donabilir, güç üretimini durdurabilir ve potansiyel olarak fiziksel hasara yol açabilir. Daha yüksek sıcaklıklar sıvının genleşmesine neden olarak panellerin sızdırmazlığını ciddi bir sorun haline getirir. Diğer bir dezavantaj, bir DSSC üretmek için maliyetli rutenyum (boya), platin (katalizör) ve iletken cam veya plastik (temas) gerekmesidir. Üçüncü bir büyük dezavantaj, elektrolit çözeltisinin, insan sağlığına ve çevreye zararlı oldukları için dikkatlice kapatılması gereken çözücüler olan uçucu organik bileşikler (veya VOC'ler) içermesidir. Bu, solventlerin plastiklere nüfuz etmesi gerçeğiyle birlikte, büyük ölçekli dış mekan uygulamalarını ve esnek yapıya entegrasyonu engellemiştir.

Sıvı elektrolitin bir katı ile değiştirilmesi, devam eden önemli bir araştırma alanı olmuştur. Katılaştırılmış erimiş tuzların kullanıldığı son deneyler bazı vaatler göstermiştir, ancak şu anda devam eden operasyon sırasında daha yüksek bozulmadan muzdariptir ve esnek değildir.

Fotokatotlar ve tandem hücreler

Boyaya duyarlı güneş pilleri bir fotoanot (n-DSC) olarak çalışır, burada fotoakım duyarlılaştırılmış boya tarafından elektron enjeksiyonundan kaynaklanır. Fotokatotlar (p-DSC'ler), geleneksel n-DSC'ye kıyasla ters bir modda çalışır, burada boya uyarımı, p-tipi bir yarı iletkenden boyaya hızlı elektron transferini izler (elektron enjeksiyonu yerine boyaya duyarlı delik enjeksiyonu) . Bu tür p-DSC'ler ve n-DSC'ler, tandem güneş pilleri (pn-DSC'ler) oluşturmak için birleştirilebilir ve tandem DSC'lerin teorik verimliliği, tek eklemli DSC'lerin çok ötesindedir.

Standart bir tandem hücre, bir ara elektrolit tabakası ile basit bir sandviç konfigürasyonunda bir n-DSC ve bir p-DSC'den oluşur. n-DSC ve p-DSC seri olarak bağlanır, bu da ortaya çıkan foto akımın en zayıf fotoelektrot tarafından kontrol edileceğini, fotovoltajların ise katkı maddesi olduğunu gösterir. Bu nedenle, yüksek verimli tandem pn-DSC'lerin inşası için fotoakım eşleştirme çok önemlidir. Bununla birlikte, n-DSC'lerin aksine, boyaya duyarlı delik enjeksiyonunu takiben hızlı şarj rekombinasyonu genellikle p-DSC'de düşük fotoakımlarla sonuçlandı ve bu nedenle genel cihazın verimliliğini engelledi.

Araştırmacılar, bir içeren boyalar kullanılarak perylenemonoimide verici ölçüde boya hassas delik enjeksiyonundan sonra şarj rekombinasyon oranını düşürerek p-DSC performansını artırmak olarak trifenilamin bağlanmış alıcı olarak (PMI) ve oligo-tiyofen. Araştırmacılar, p-DSC tarafında NiO ve TiO ile tandem DSC cihazı inşa 2 , n-DSC tarafında. Photocurrent uygun NiO ve TiO ayarlanmasıyla elde edilmiştir 2 optik emilmeyi sahiptirler ve bu nedenle, her iki elektrot photocurrents eşleştirmek için film kalınlıkları. Cihazın enerji dönüşüm verimliliği %1,91'dir ve bu, kendi bileşenlerinin verimliliğini aşar, ancak yine de yüksek performanslı n-DSC cihazlarından (%6-11%) çok daha düşüktür. Tandem DSC kendi içinde ilkel olduğu için sonuçlar hala umut verici. p-DSC'deki performanstaki çarpıcı gelişme, sonunda tek n-DSC'lerden çok daha yüksek verimliliğe sahip tandem cihazlara yol açabilir.

Daha önce bahsedildiği gibi, bir katı hal elektrolitinin kullanılması, boyaya duyarlı foto katotlar için de gerçekleştirilen sıvı bir sisteme göre (sızıntı olmaması ve daha hızlı yük taşınması gibi) çeşitli avantajlara sahiptir. Araştırmacılar, geleneksel sıvı redoks çift elektrolit yerine PCBM, TiO 2 ve ZnO gibi elektron taşıma malzemeleri kullanarak , katı hal tandem boya duyarlı güneş pillerini hedefleyen katı hal p-DSC'leri (p-ssDSC'ler) üretmeyi başardılar. sıvı bir tandem cihazdan çok daha fazla fotovoltaj elde etme potansiyeli.

Gelişim

"Siyah Boya", bir anyonik Ru-terpiridin kompleksi

Erken deneysel hücrelerde (1995 dolaylarında) kullanılan boyalar, yalnızca güneş spektrumunun yüksek frekanslı ucunda, UV ve mavide duyarlıydı. Özellikle verimli olan "triskarboksi-rutenyum terpiridin" [Ru(4,4',4"-(COOH) 3 -terpy)(NCS) 3 ] olmak üzere çok daha geniş frekans tepkisine sahip yeni sürümler hızla piyasaya sürüldü (1999 dolaylarında). kırmızı ve IR ışığının düşük frekans aralığına.Geniş spektral tepki, boyanın koyu kahverengi-siyah bir renge sahip olmasına neden olur ve basitçe "siyah boya" olarak adlandırılır.Boyaların bir fotonu dönüştürme konusunda mükemmel bir şansı vardır. bir elektrona dönüştürülür, başlangıçta %80 civarındadır, ancak daha yeni boyalarda neredeyse mükemmel dönüşüme ulaşılırsa, genel verimlilik yaklaşık %90'dır ve "kayıp" %10'luk kısım büyük ölçüde üst elektrottaki optik kayıplardan kaynaklanır.

Bir güneş pili, verimlilikte ( ömrü ) önemli bir azalma olmaksızın en az yirmi yıl elektrik üretebilmelidir . "Siyah boya" sistemi, İsviçre'de on yıllık güneşe maruz kalmaya eşdeğer 50 milyon döngüye tabi tutuldu. Fark edilebilir bir performans düşüşü gözlemlenmedi. Ancak boya, yüksek ışık koşullarında bozulmaya maruz kalır. Son on yılda bu endişeleri gidermek için kapsamlı bir araştırma programı yürütülmüştür. Daha yeni boyalar , son derece hafif ve sıcaklığa dayanıklı olan 1-etil-3 metilimidazolyum tetrosiyanoborat [EMIB(CN) 4 ] , daha yüksek dönüşüm verimliliği sunan bakır-diselenyum [Cu(In,GA)Se 2 ] ve diğerleri değişen özel amaçlı özellikler.

DSSC'ler hala geliştirme döngüsünün başındadır. Verimlilik kazanımları mümkündür ve son zamanlarda daha yaygın bir çalışma başlatılmıştır. Bu kullanılmasını içerir kuantum noktaları TiO katkılama daha iyi sıcaklık yanıt için katı hal elektrolitler kullanılarak ve değişen, çok sayıda elektronlara yüksek enerji (yüksek frekans) ışık dönüşüm için 2 elektrolit kullanılan ile daha iyi eşleşecek.

Yeni gelişmeler

2003

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne'de (EPFL) bir grup araştırmacının, yarı katı hal jel elektrolit ile birlikte amfifilik rutenyum hassaslaştırıcı kullanarak DSC'nin termostabilitesini arttırdığı bildirildi. Cihazın kararlılığı, geleneksel bir inorganik silikon bazlı güneş pilininkiyle eşleşir. Hücre, 80 °C'de 1.000 saat boyunca ısıtmaya devam etti.

Grubu, daha önce bir rutenyum amfifilik boya hazırlamıştır, Z-907 (sis-Ru (H 2 dcbpy) (dnbpy) (NCS) 2 ligand, H, 2 dcbpy 4,4'-dikarboksilik asit-2,2'-bipiridin kullanılarak tekrarlanmıştır ve dnbpy, elektrolitlerdeki suya boya toleransını arttırmak için 4,4'-dinonil-2,2'-bipiridindir). Ayrıca grup, fotokimyasal olarak stabil bir flor polimeri, polivinilidenflorür -ko- heksafloropropilen (PVDF-HFP) ile katılaştırılan 3-metoksipropiyonitril (MPN) bazlı sıvı elektrolit ile yarı katı hal jel elektroliti de hazırladı .

DSC'de polimer jel elektrolit ile birlikte amfifilik Z-907 boyasının kullanılması, %6,1'lik bir enerji dönüşüm verimliliği elde etti. Daha da önemlisi, cihaz termal stres altında ve ışıkta sırılsıklam oldu. Hücrenin yüksek dönüşüm verimliliği, 80 °C'de 1.000 saat ısıtıldıktan sonra, başlangıç ​​değerinin %94'ünü koruyarak sürdürüldü. Bir güneş simülatöründe 55 °C'de (100 mW cm -2 ) 1000 saat ışıkta ıslatma için hızlandırılmış testten sonra , ultraviyole emici polimer filmle kaplı hücreler için verimlilik %5'ten daha az düşmüştür. Bu sonuçlar, geleneksel inorganik silikon güneş pillerinin sınırları içindedir.

Artan performans, polimer jel elektrolit uygulaması nedeniyle dolgu macunu boyunca solvent geçirgenliğinde bir azalmadan kaynaklanabilir. Polimer jel elektrolit, oda sıcaklığında yarı katıdır ve geleneksel sıvı elektrolit (viskozite: 0,91 mPa·s) ile karşılaştırıldığında 80 °C'de viskoz bir sıvı (viskozite: 4,34 mPa·s) haline gelir. Cihazın hem termal stres hem de ışıkla ıslanma altında çok iyileştirilmiş stabiliteleri, DSC'lerde daha önce hiç görülmemiştir ve dış mekan kullanımı için güneş pillerine uygulanan dayanıklılık kriterleriyle eşleşir, bu da bu cihazları pratik uygulama için uygun hale getirir.

2006

İlk başarılı katı hibrit boya duyarlı güneş pilleri rapor edildi.

Bu güneş pillerinde elektron taşınmasını iyileştirmek için, boya adsorpsiyonu için gereken yüksek yüzey alanını korurken, iki araştırmacı , elektrota doğrudan bir yol sağlamak için nanotel dizileri ve nanoteller ve nanopartiküllerin bir kombinasyonu gibi alternatif yarı iletken morfolojileri tasarladılar. yarı iletken iletim bandı. Bu tür yapılar, performanslarının şu anda sınırlı olduğu spektrumun kırmızı bölgesinde DSSC'lerin kuantum verimliliğini artırmak için bir araç sağlayabilir.

Ağustos 2006'da, 1-etil-3 metilimidazolyum tetrasiyanoborat güneş pilinin kimyasal ve termal sağlamlığını kanıtlamak için araştırmacılar, cihazları karanlıkta 80 °C'de 1000 saat ısıtmaya ve ardından 60 °C'de hafif ıslatmaya maruz bıraktılar . 1000 saat. Sonra koyu renkli ısıtma ve hafif ıslatma, başlangıç fotovoltaik verim% 90 muhafaza edilmiştir - bu, mükemmel ısı kararlılığı, sıvı elektrolit bu sergileyen bu tür yüksek bir dönüşüm etkinliği gözlenmiştir ilk kez. Artan sıcaklıkla performansı düşen silikon güneş pillerinin aksine , boyaya duyarlı güneş pili cihazları, çalışma sıcaklığını ortam sıcaklığından 60 °C'ye yükseltirken yalnızca ihmal edilebilir düzeyde etkilenmiştir .

Nisan 2007

Yeni Zelanda, Massey Üniversitesi'nden Wayne Campbell, porfirin bazlı çok çeşitli organik boyalarla deneyler yaptı . Doğada porfirin , bitkilerde klorofil ve hayvanlarda hemoglobin içeren hemoproteinlerin temel yapı taşıdır . Bu düşük maliyetli boyaları kullanarak %5.6 oranında verimlilik bildiriyor.

Haziran 2008

Nature Materials'da yayınlanan bir makale , elektrolit çözeltisi olarak organik çözücülerin kullanılmasına alternatif olarak, üç tuzun bir eriyiğinden oluşan yeni bir çözücü içermeyen sıvı redoks elektroliti kullanılarak %8.2'lik hücre verimliliği gösterdi. Bu elektrolitin verimliliği, mevcut iyot bazlı çözümler kullanılarak sağlanan %11'den daha az olsa da, ekip verimliliğin iyileştirilebileceğinden emin.

2009

Georgia Tech'teki bir grup araştırmacı , hücreleri bir kuvars optik fiberin etrafına sararak, daha yüksek etkili yüzey alanına sahip boyaya duyarlı güneş pilleri yaptı . Araştırmacılar optik fiberlerin kaplamasını çıkardılar, yüzey boyunca çinko oksit nanotelleri büyüttüler , boya molekülleri ile işlemden geçirdiler , fiberleri bir elektrolit ve fiberden elektronları taşıyan bir metal film ile çevrelediler . Hücreler, aynı yüzey alanına sahip bir çinko oksit hücresinden altı kat daha verimlidir. Fotonlar seyahat ederken fiberin içinde sıçrar, bu nedenle güneş pili ile etkileşime girme ve daha fazla akım üretme şansı daha fazladır. Bu cihazlar ışığı yalnızca uçlarda toplar, ancak gelecekteki fiber hücreler, fiberin tüm uzunluğu boyunca ışığı absorbe edecek şekilde yapılabilir, bu da hem iletken hem de şeffaf bir kaplama gerektirir . Max Shtein Michigan Üniversitesi bir sözü güneş izleme sistemi bu tür hücreler için gerekli olmaz ve hafif dağınık olduğunda bulutlu günlerde çalışacak.

2010

Araştırmacıları Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ve en Montréal à Université du Québec istem dsc en önemli konulardan ikisine üstesinden olması:

  • Elektrolit için "yeni moleküller" yaratılmıştır , bunun sonucunda şeffaf ve aşındırıcı olmayan, fotovoltajı artırabilen ve hücrenin çıktısını ve kararlılığını iyileştirebilen bir sıvı veya jel elde edilmiştir.
  • En katot , platin ile ikame edilmiş kobalt sülfid çok daha ucuz, daha verimli, daha stabil ve daha kolay laboratuarda üretimi için.

2011

Dyesol ve Tata Steel Europe , Haziran ayında, dünyanın en büyük boyaya duyarlı fotovoltaik modülünün geliştirildiğini ve sürekli bir hat halinde çelik üzerine basıldığını duyurdu.

Dyesol ve CSIRO , Ekim ayında Ortak Dyesol / CSIRO Projesinde İkinci Kilometre Taşının Başarıyla Tamamlandığını duyurdu. Dyesol Direktörü Gordon Thompson, "Bu ortak işbirliği sırasında geliştirilen malzemeler, performans ve istikrarın temel gereksinimler olduğu bir dizi uygulamada DSC'nin ticarileştirilmesini önemli ölçüde geliştirme potansiyeline sahiptir. Dyesol, üretime izin veren kimyadaki atılımlar tarafından son derece teşvik edilmektedir. Bu, bu yeni malzemelerin hemen ticari kullanımına giden bir yol yaratır."

Dyesol ve Tata Steel Europe , Kasım ayında, tarifelerde devlet sübvansiyonlu besleme gerektirmeyen Grid Parity Rekabetçi BIPV güneş çeliğinin hedeflenen gelişimini duyurdu. TATA-Dyesol "Solar Steel" Çatı Kaplaması şu anda Galler, Shotton'daki Sürdürülebilir Bina Zarf Merkezi'ne (SBEC) kurulmaktadır.

2012

Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, DSSC'lerin birincil sorununa, sıvı elektroliti kullanma ve içermedeki zorluklara ve bunun sonucunda cihazın nispeten kısa kullanım ömrüne yönelik bir çözüm duyurdular. Bu, nanoteknolojinin kullanılması ve sıvı elektrolitin katıya dönüştürülmesi yoluyla elde edilir . Mevcut verimlilik, silikon hücrelerin yaklaşık yarısı kadardır, ancak hücreler hafiftir ve potansiyel olarak üretim maliyeti çok daha düşüktür.

2013

Son 5-10 yılda, yeni bir tür DSSC geliştirildi - katı hal boyaya duyarlı güneş pili. Bu durumda sıvı elektrolit, birkaç katı delik iletken malzemeden biri ile değiştirilir. 2009'dan 2013'e kadar Katı Hal DSSC'lerinin verimliliği %4'ten %15'e çarpıcı bir şekilde arttı. Michael Grätzel bir melezin vasıtasıyla ulaşılan% 15.0 verimle Katı Hal DSSCs imalatını, ilan perovskit CH 3 NH 3 PBI 3 boya daha sonra CH ayrılmış çözeltilerinden biriken 3 NH 3 I ve PBI 2 .

İlk mimari entegrasyon olduğunu gösterdi de epfl 'ın SwissTech Kongre Merkezi'ne Romande Energie ile ortaklaşa. 50 cm x 35 cm ölçülerinde 1400 modülde toplam yüzey 300 m 2 dir . Sanatçılar Daniel Schlaepfer ve Catherine Bolle tarafından tasarlandı.

2018

Araştırmacılar rolünü araştırdık yüzey plazmon rezonansları üzerinde mevcut olan altın nanoçubuklar boya duyarlı güneş hücrelerinin performansı. Artan nanoçubuk konsantrasyonu ile ışık absorpsiyonunun lineer olarak büyüdüğünü buldular; bununla birlikte, yük ekstraksiyonu da konsantrasyona bağlıydı. Optimize edilmiş bir konsantrasyonla, Y123 boyaya duyarlı güneş pilleri için genel güç dönüşüm verimliliğinin %5,31'den %8,86'ya yükseldiğini buldular.

Tek boyutlu TiO sentezi 2 direkt olarak flüor katkılı kalay oksit, cam substratlar üzerinde nano-iki verici ile başarılı bir şekilde gösterilmiştir solvothermal reaksiyonu. Buna ek olarak, bir TiOz ile 2 Sol tedavisinde, çift TiO performansı 2 nanotel hücrelerinin 7.65% bir güç dönüşüm verimliliği ulaşan geliştirilmiştir.

DSSC'ler için paslanmaz çelik bazlı karşı elektrotların, geleneksel platin bazlı karşı elektrota kıyasla maliyeti daha da düşürdüğü ve dış mekan uygulaması için uygun olduğu bildirilmiştir.

Araştırmacılar EPFL göre DSSCs gelişmiş bakır kompleksleri , standart AM1.5G altında% 13.1 verim, 100 mW / cm elde ettik elektrolitler, redoks 2 kapalı ışık 1000 lux koşullar altında ve kayıt% 32 verim.

Uppsala Üniversitesi'nden araştırmacılar, katı hal p-tipi boya duyarlı güneş pilleri üretmek için redoks elektrolit yerine n-tipi yarı iletkenler kullandılar.

Pazar tanıtımı

Birkaç ticari sağlayıcı, yakın gelecekte DSC'lerin kullanılabilirliğini vaat ediyor:

  • Fujikura, IoT, akıllı fabrikalar, tarım ve altyapı modelleme uygulamaları için DSSC'lerin önemli bir tedarikçisidir. (Bakınız: https://www.fujikura.co.jp/eng/newsrelease/products/2062445_11777.html ) ve ayrıca ( https://dsc.fujikura.jp/en/ ).
  • Dyesol , 7 Ekim 2008'de Queanbeyan Avustralya'daki yeni üretim tesislerini resmi olarak açtı . Ardından, DSC BIPV'nin geliştirilmesi ve büyük ölçekli üretimi için Tata Steel (TATA-Dyesol) ve Pilkington Glass (Dyetec-Solar) ile ortaklıklarını duyurdu . Dyesol ayrıca Merck, Umicore, CSIRO, Japon Ekonomi ve Ticaret Bakanlığı, Singapur Havacılık ve Uzay İmalatı ve TIMO Kore (Dyesol-TIMO) ile ortak bir Girişim ile çalışma ilişkilerine girmiştir.
  • 1993 yılından bu yana DSC malzemelerinin üretiminde uzmanlaşmış bir İsviçre şirketi olan Solaronix, 2010 yılında tesislerini DSC modüllerinin bir pilot üretim hattına ev sahipliği yapacak şekilde genişletti.
  • SolarPrint, 2008 yılında Dr. Mazhar Bari, Andre Fernon ve Roy Horgan tarafından İrlanda'da kuruldu. SolarPrint, PV teknolojisi üretiminde yer alan İrlanda merkezli ilk ticari kuruluştu. SolarPrint'in yeniliği, bugüne kadar DSSC'nin toplu olarak ticarileştirilmesini yasaklayan solvent bazlı elektrolitin çözümüydü. Şirket, 2014 yılında tasfiye sürecine girdi ve tasfiye edildi.
  • G24innovations, 2006 yılında Cardiff , Güney Galler, Birleşik Krallık'ta kuruldu . 17 Ekim 2007'de, ilk ticari sınıf boyaya duyarlı ince filmlerin üretimini talep etti.
  • Sony Corporation , ticari kullanım için gerekli görülen bir seviye olan %10'luk bir enerji dönüşüm verimliliğine sahip boyaya duyarlı güneş pilleri geliştirmiştir.
  • Tasnee, Dyesol ile Stratejik Yatırım Anlaşması İmzaladı .
  • H.Glass 2011 yılında İsviçre'de kuruldu. H.Glass, DSSC teknolojisi için endüstriyel süreç yaratmak için muazzam çaba sarf etti - ilk sonuçlar Milano'daki EXPO 2015'te Avusturya Pavyonu'nda gösterildi. DSSC için kilometre taşı , Avusturya'daki Bilim Kulesi'dir - dünyadaki en büyük DSSC kurulumudur - SFL teknolojileri tarafından gerçekleştirilir .
  • Exeger Operations AB , İsveç, Stockholm'de 300.000m2 kapasiteli bir fabrika kurdu. SoftBank Group Corp., 2019 yılında Exeger'e 10 milyon ABD Doları tutarında iki yatırım yaptı. [1]

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar