Сенсибилизация гибких солнечных элементов красителем

Еще в 1970 годах люди надеялись разработать новые солнечные элементы, моделируя фотосинтез. В то время люди наносили слой хлорофильного красителя на поверхность полупроводникового кристаллического материала двуокиси титана (TiO2). Хотя была предложена концепция сенсибилизированного красителем солнечного элемента (DSC), из-за сложности переноса электронов в хлорофилле эффективность преобразования составляла всего 0,01 процента.
Лишь в 1991 году швейцарский химик Михаэль Гратцель использовал нанотехнологии для существенного развития аккумуляторов, сенсибилизированных красителем. Гратцель заменяет крупные частицы кристаллов TiO2 мелкими частицами губчатого TiO2 диаметром 20 нм. Внешний слой покрыт тонким слоем красителя, образуя оптически прозрачную пленку толщиной 10 мкм. Первая батарея, сенсибилизированная красителем, достигла эффективности преобразования 7,1% и плотности тока 12 мА/см 2 . Сегодня мировой рекорд эффективности преобразования сенсибилизированных красителем батарей составляет 11%.
В структуре топливной сенсибилизированной ячейки фотосенсибилизаторы наносятся на поверхность частиц TiO2 через функциональные группы карбоксильных (-COOH), фосфорной кислоты (-PO3H2) или борной кислоты – B(OH)2 с образованием комплекса с переносом заряда. . Затем их погружают в раствор окислительно-восстановительного медиатора, при этом стеклянные и металлические подложки TCO служат катодами и анодами соответственно. Фотосенсибилизатор поглощает излучаемый свет, и электроны в So в основном состоянии возбуждаются до высокоэнергетического состояния S*. В пределах от fs до ps электроны фотосенсибилизатора входят в зону проводимости TiO2. Фотосенсибилизатор теряет электроны, окисляется и превращается в S+. Окислительно-восстановительный медиатор получает электроны от металлического анода, а затем передает электроны фотосенсибилизатору для их восстановления. Свободные электроны в зоне проводимости So. TiO2 возвращается к металлическому аноду через катод и контур TCO. Между двумя электродами формируется ток, приводящий в движение нагрузку в цепи.
Примечания к гибким солнечным элементам
В марте 2016 года мой ученый разработал новый тип гибкого солнечного элемента, который, по мнению экспертов, будет использоваться для разработки интеллектуальных солнечных элементов с регулируемой температурой и переносных солнечных элементов.