現(xiàn)代化學(xué)與能源-文庫(kù)吧
2024-12-23 07:36 本頁(yè)面
【正文】 無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池 ? 半導(dǎo)體中可以利用各種勢(shì)壘如 pn結(jié)、肖特基勢(shì)壘、異質(zhì)結(jié)等形成光伏效應(yīng)。 ? 當(dāng)太陽(yáng)能電池受到陽(yáng)光照射時(shí)，光與半導(dǎo)體相互作用可以產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子 空穴對(duì)靠半導(dǎo)體內(nèi)形成的勢(shì)壘分開(kāi)到兩極，正負(fù)電荷分別被上下電極收集。由電荷聚集所形成的電流通過(guò)金屬導(dǎo)線流向電負(fù)載。 工作原理 染料敏化納米晶體太陽(yáng)能電池 目前 ， DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率已能穩(wěn)定在 10％ 以上，壽命能達(dá) 15～20年，且其制造成本僅為硅太陽(yáng)能電池的 1/5～ 1/10. 1991年 ※ ， Gr228。tzel 《 Nature》上發(fā)表了關(guān)于染料敏化納米 晶體太陽(yáng)能電池（ Dye Sensitized Solar Cells，簡(jiǎn)稱 DSSCs ）的文 章以較低的成本得到了 7%的光電轉(zhuǎn)化效率， 為利用太陽(yáng)能提供 了一條新的途徑 . 1997年 ，該電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 10%~11%，短路電流達(dá) 到 18mA/cm2,開(kāi)路電壓達(dá)到 720mV； 1998年 ，采用固體有機(jī)空穴傳輸材料替代液體電解質(zhì)的全固態(tài) Gratzel電池研制成功，其單色光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 33%，從而引 起了全世界的關(guān)注。 染料敏化太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn) ?制成透明的產(chǎn)品，應(yīng)用范圍廣 ?在各種光照條件下使用； ?光的利用效率高； ?對(duì)光陰影不敏感； ?可在很寬溫度范圍內(nèi)正常工作 ?? 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) 染料敏化納米晶體太陽(yáng)能電池 （ DSSCs)主要包括鍍有透明導(dǎo)電膜的玻璃基底、染料敏化劑、多孔納米晶薄膜、對(duì)電極以及電解質(zhì) 等幾部分。 葉綠體的結(jié)構(gòu) 納米晶半導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相當(dāng)于葉綠體的內(nèi)囊體，起著支撐敏化劑染料分子、增加吸收太陽(yáng)光的面積和傳遞電子的作用。 敏化劑染料分子相當(dāng)于葉綠體中的葉綠素，起著吸收太陽(yáng)光光子的作用。 染料敏化太陽(yáng)能電池和植物的光合作用 染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理圖 由于 TiO2的禁帶寬度較大 (32eV)，可見(jiàn)光不能將其直接激發(fā)；在其表面吸附一層染料敏化劑后，染料分子可以吸收太陽(yáng)光而產(chǎn)生電子躍遷。由于染料的激發(fā)態(tài)能級(jí)高于 TiO2的導(dǎo)帶，所以電子可以快速注入 TiO2；電子在導(dǎo)帶基底上富集，通過(guò)外電路流向?qū)﹄姌O。染料分子輸出電子后成為氧化態(tài)，它們隨后被電解質(zhì)中的 I還原而得以再生，而氧化態(tài)的電解質(zhì) (I3)在 Pt對(duì)電極上得到電子被還原，從而完成一個(gè)光電化學(xué)反應(yīng)循環(huán)。 光電陽(yáng)極 : Dye + hν→Dye* ( 染料激發(fā) ) Dye*→Dye ++ｅ (TiO2)(產(chǎn)生光電流 ) Dye++ － →Dye+ 3(染料還原 ) 陽(yáng)極發(fā)生的凈反應(yīng)為 : － +ｈ ν → 3+ｅ (TiO2) 對(duì)電極 : +ｅ (Pt)→ － (電解質(zhì)還原 ) 整個(gè)電池的反應(yīng)結(jié)果為 : ｅ (Pt)+ｈ ν→ ｅ (TiO2)(光電流 ) 樣 機(jī) 太陽(yáng)能電池的發(fā)展方向 ? 材料與器件結(jié)構(gòu)的研究與開(kāi)發(fā) ? 各種太陽(yáng)能電池材料研究 ? 雜質(zhì)與缺陷的轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性影響 ? 使用薄膜技術(shù)和剝離技術(shù)。 ? 大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā) ? 跟蹤與聚光 ? 儲(chǔ)電及 并網(wǎng)發(fā)電結(jié)合 ? 并網(wǎng)發(fā)電已占 50% ? 以建成多個(gè)兆瓦級(jí)的電站， ~100MW規(guī)模 VS太陽(yáng)能熱發(fā)電站 ? 與建筑物結(jié)合 ? 架設(shè)太陽(yáng)電池組件 ? 日本： 19942023年 2萬(wàn)套屋頂光伏系統(tǒng) 185MW ；七萬(wàn)屋頂計(jì)劃 280M ? 美國(guó)： 1997~2023年 百萬(wàn)屋頂計(jì)劃 3025MW 發(fā)電成本 6美分 ? 集成在建筑材料上 ? 曲線形屋頂瓦、垂直幕墻、窗用玻璃 太陽(yáng)能發(fā)電站 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由 太陽(yáng)電池陣列、貯能蓄電池、防反充二極管、充電控制器及逆變器、測(cè)量設(shè)備 等組成。 太陽(yáng)能發(fā)電站一旦建成，不需要運(yùn)行投資即能運(yùn)用 ,但初期投資較高。 加利福尼亞一家太陽(yáng)能發(fā)電站中的太陽(yáng)能反射裝置 （ 2）對(duì)紅外線的利用 主要的利用途徑是光熱轉(zhuǎn)換，即把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成熱能。 太陽(yáng)能熱利用可分為：低溫?zé)崂?、中溫?zé)崂煤透邷責(zé)崂谩? 低溫?zé)崂茫?地膜、塑料大棚 以及干燥器、蒸餾、供暖、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng) 中溫?zé)崂茫?空調(diào)制冷、制鹽以及 其它工業(yè)用熱 高溫?zé)崂茫?聚焦形太陽(yáng)灶、焊接機(jī) 和高溫爐 （ 3）對(duì)紫外線的利用 紫外線具有殺菌功效。波長(zhǎng)為 300nm的紫外光的光子所具有的能量約為 399kJ/mol，它比細(xì)菌的蛋白質(zhì)分子中重要的化學(xué)鍵 CC（ 347 kJ/mol）、 CN（ 305 kJ/mol） 和CS（ 259 kJ/mol） 鍵的鍵能大，因此紫外光的能量足以使這些化學(xué)鍵斷裂，從而破壞細(xì)菌的蛋白質(zhì)分子，達(dá)到殺菌的目的。 （一）核裂變能 使一個(gè)重原子核分裂成為兩個(gè)或兩個(gè)以上中等質(zhì)量原子核的過(guò)程，稱為核裂變。核裂變是取得核能的重要途徑之一。 只有一些質(zhì)量非常大的原子核，像鈾、
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