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2022-10-27 10:14 |
染料敏化太阳能电池的效率刷新记录
20世纪90年代，Brian O'Regan和Michael Grätzel发明了介观染料敏化太阳能电池（DSCs），这就是著名的Grätzel电池。DSCs通过光敏剂将光转换成电。这些是吸收光的染料化合物，并将电子注入氧化物纳米晶体阵列中，随后以电流形式收集。 =B(mIx;m
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在DSCs中，光敏剂被附着（"吸附"）在纳米晶介孔二氧化钛薄膜的表面，该薄膜被浸泡在具有氧化还原活性的电解质或固体电荷传输材料中。整个设计的目的是通过将电子从光敏剂移向像设备或存储单元这样的电力输出来产生电力。 h&'=F)5
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DSCs是透明的，可以用多种颜色制造，成本很低，并且已经被用于天窗、温室以及玻璃外墙，例如装饰瑞士科技会议中心的那些玻璃。此外，轻量级的柔性DSCs现在已经大规模商业化销售，用于利用环境光为耳机和电子阅读器等便携式电子设备以及物联网提供电力。 o3h -=t
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最近，光敏剂和DSCs其他组件的进步提高了DSCs在太阳光和环境光条件下的性能。但是，提高DSC效率的关键在于理解和控制染料分子在二氧化钛纳米粒子薄膜表面的组装，以利于电荷的产生。 <_:zI r,
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一种方法是共敏化，这是一种化学制造方法，用两种或两种以上具有互补性光学吸收的不同染料生产DSC。共敏化使DSCs的功率转换效率朝着世界纪录的方向发展，因为它可以想象到结合了可以吸收整个光谱的染料。然而，在某些情况下，共敏化也被证明是无效的，因为找到合适的染料对以实现高光吸收和功率转换效率需要繁琐的分子设计、合成和筛选过程。 8wIK:
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现在，来自EPFL的Grätzel和Anders Hagfeldt小组的科学家们已经开发出一种改进两个新设计的光敏剂染料分子包装的方法，以提高DSC的光电性能。这两种新的光敏剂可以在整个可见光领域内定量地收集光线。这项新技术涉及在纳米晶介孔二氧化钛的表面预先吸附一层羟肟酸的衍生物。这减缓了两种增感剂的吸附，使得在二氧化钛表面形成了一个有序的、密集的增感剂层。 h<3p8eB
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通过这种方法，该团队首次能够在全球标准模拟阳光下开发出功率转换效率为15.2%的DSCs，长期运行稳定性测试超过500小时。通过将活性面积增加到2.8平方厘米，功率转换效率在广泛的环境光强度范围内跨越了28.4%-30.2%，并具有出色的稳定性。 >XE`h 9
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作者写道："我们的发现为轻松获得高性能的DSCs铺平了道路，并为使用环境光作为能源的低功率电子设备的电源和电池替代品提供了很好的应用前景。"
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