Ячейка Гретцеля

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Цветосенсибилизированные солнечные батареи - фотоэлектрохимические ячейки, в которых используются фотосенсибилизированные мезопористые оксидные полупроводники с широкой запрещённой зоной. Эти ячейки открыты в 1991 году М.Гретцелем (Michael Graetzel) и др.¹⁾, по имени которого и получили название ячеек Гретцеля.

Солнечные батареи этого типа многообещающи, поскольку изготавливаются из дешёвых материалов и не требуют сложной аппаратуры при производстве. Ячейки имеют простую структуру, состоят из двух электродов и йодсодержащего электролита. Один электрод состоит из высокопористого насыщенного красителем нанокристаллического диоксида титана (nc-TiO₂), нанесённого на прозрачную электропроводящую подложку. Другим электродом является просто прозрачная электропроводящая подложка. Работа ячейки часто сравнивается с фотосинтезом, поскольку оба процесса используют окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в электролите. Эффективность преобразования энергии в ячейке ещё не достигла уровня кремниевых солнечных батарей. В настоящее время она составляет около 10%. Теоретически возможно достичь уровня в 33%.

Содержание 1 Принцип действия 2 Новые достижения (август 2006) 3 Ссылки 4 Внешние ссылки

[править] Принцип действия

Солнечный свет поступает сквозь электропроводящий стеклянный электрод, насыщенный красителем, где поглощается. Когда краситель поглощает свет, один из электронов его молекулы переходит из основного состояния в возбуждённое состояние. Это явление называется «фотовозбуждение». Возбуждённый электрон перемещается от красителя в зону проводимости TiO₂. Переход происходит очень быстро; он занимает только 10^-15секунды. В TiO₂ электрон дуффундирует через TiO₂-плёнку, достигает стеклянного электрода и далее по проводнику стекает во второй электрод. Молекула красителя с потерей электрона окисляется. Восстановление молекулы красителя в первоначальное состояние происходит путём получение электрона от йодид-иона, превращая его в молекулу йода, которая в свою очередь диффундирует к противоположному электроду, получает от него электрон и снова становится йодид-ионом. По такому принципу цветосенсибилизированная солнечная батарея преобразует солнечную энергию в электрический ток, протекающий по внешнему проводнику.

[править] Новые достижения (август 2006)

В качестве альтернативы традиционной неорганической фотоэлектроэнергетике, цветосенсибилизированные солнечные батареи используют слой инкапсулированных наночастиц в сочетании с высокопроводящей ионной жидкостью. К сожалению, ионные жидкости, показывающие высокую эффективность конверсии при использованиии в этих новых солнечных батареях, термически и химически не стабильны и способны терять эффективность. Но исследователи из Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Лозанна, Швейцария) достигли успеха, используя в качестве новой устойчивой ионной жидкости - 1-этил-3-метилимидазолинтетрацианоборат (EMIB(CN)4), достигли уровня эффективности преобразования энергии 7% при полной освещённости даже после термического или светового старения.

Для подтверждения химической и термической стабильности их солнечных батарей исследователи подвергали устройство нагреванию до 80°C в темноте на протяжении 1000 часов, а затем на свету при 60°C в течение тех же 1000 часов. После нагревания в темноте и на свету 90% исходной фотоэлектрической эффективности сохранилось - впервые такая превосходная термическая стабильность наблюдалась для жидкого ионного электролита с высокой эффективностью конверсии. В противоположность кремниевым солнечным батареям, чья производительность падает с ростом температуры, цветосенсибилизированные солнечные батареи испытывают лишь незначительное изменение, когда их температура возрастает от комнатной до 60°C.

[править] Ссылки

• M. Graetzel Сенсибизизатор переноса заряда с высокомолярным коэффициентом затухания и его применение в цветосенсибилизированных солнечных батареях
• ¹⁾Brian O'Regan & Michael Graetzel, Nature, 353 (24), 737 - 740 (24 October 1991).
• A. Kay, M. Gratzel, J. Phys. Chem. 97, 6272 (1993).
• G.P. Smestad, M. Gratzel, J. Chem. Educ. 75, 752 (1998).madarchod

[править] Внешние ссылки

• Солнечные батареи за бесценок - Интервью 2006 года с изобретателем Michael Gratzel для TechnologyReview