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IITH使用'kumkum染料開發低成本環保的太陽能電池

  • 科技
  • 2019-08-10 10:50:14
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IIT Hyderabad的科學家們開發了一種低成本,環保的太陽能電池,采用現成的染料在印度制造kumkum或朱紅色。根據太陽能期刊上發表的研究報告,染料敏化太陽能電池(DSSC)基于新品紅(NF)染料,含有水性電解質和無鉑反電極。

印度理工學院(IIT)海德拉巴物理系的Sai Santosh Kumar Raavi教授指出,目前最熟悉的太陽能電池由硅制成,可以在各種頂板和其他地方看到。然而,這項技術受制于巨大的制造成本,因為硅加工非常昂貴,而且涉及非常高溫的方法會留下大量的碳足跡,領導該項目的Raavi告訴PTI。

為了克服使用硅的局限性,IIT Hyderabad團隊開始研究基于有機材料的太陽能電池,這些材料據稱價格低廉且易于制造。然而,由于有機物(塑料)不太穩固,因此存在阻礙有機光伏技術的許多缺點。為高效DSSC裝置開發的許多染料分子非常昂貴并且在攝入時是有毒的。Raavi說,大多數DSSC設備在接觸大氣水分時往往會降解。

自2010年以來,已經做出很多努力來使用水溶性天然和合成染料來制造水基太陽能電池。在他們的最新作品中,Raavi的團隊由來自物理和化學系(IIT Hyderabad),ARCHEM(海德拉巴大學)NIT Kurukshetra和巴西IFSC-USP的研究人員組成,使用了一種非常便宜的洋紅色染料New Fuchsin,它被使用了用姜黃接地時制作kumkum或朱紅色。

Raavi說:“它價格便宜,無毒,易溶于水,重要的是在水存在下不會降解。”

染料敏化太陽能電池(DSSC)是第三代基于薄膜有機分子的能量轉換裝置。

“DSSC從大自然中汲取靈感,幾乎模仿植物中光合作用的主要過程,”Raavi解釋說。

DSSC由三部分組成:吸附在半導體材料上的單層染料分子,沉積在透明導電氧化物上的二氧化鈦(TiO2),如氧化銦錫(ITO)和具有過量電子的液體電解質。陽光被染料分子吸收并被激發。來自受激染料分子的電子被注入到TiO2的導帶中。

“電子被傳送到電荷收集器。染料陽離子(在失去其電子之后)從周圍的富電子液體電解質中獲取電子。反電極通常是鍍鉑的ITO,“Raavi說。

Raavi指出,DSSCs通常被認為比傳統太陽能電池更環保,因為它們幾乎不需要制造能源。性能最佳的DSSC使用有機溶劑型液體電解質。這些液體電解質具有各種缺點,例如高蒸氣壓,毒性和有時爆炸物,除了對鉑反電極具有腐蝕性之外還導致嚴重的環境影響,從而限制了裝置的長期穩定性。

“盡管廣泛尋找各種替代方案,為解決上述問題,DSSC社區尚未解決的最重要方面之一是通過水分或水污染標準的非質子DSSC系統,”Raavi說。“在這種情況下,專注于染料敏化的太陽能電池,其本質上是在水性介質中優先考慮,”他說。

“鑒于在水性環境中具有成本效益和穩定性,理想的DSSC應由廉價的敏化劑,水基無毒電解質和無鉑反電極組成,給出'綠色'光伏器件的真實定義, “拉維說。

他說,最好的設備顯示光效轉換效率約為3%,這是DSSC與其他具有簡單分子結構的天然光敏劑獲得的最佳效果。研究人員表示,這種使用NF染料的技術可用于構建集成光伏器件。NF是印度大多數超市現成的廉價染料,其最純凈的形式每克2美元。

Raavi說,通過在制造過程中選擇電池組件,可以實現基于NF染料,含水電解質和無鉑反電極的低成本環保型DSSC。“這項工作的想法不是落后于最佳效率。有時,實現最高效設備的成本壓倒了開發特定類太陽能電池技術背后的實際動機 - 這是生態友好且價格低廉,“他補充道。

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