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染料製成高效太陽能電池

2011-12-16

艾哈邁德•埃爾-沙飛(Ahmed El-Shafei)博士研究小組發明了一種新的“敏化劑”或染料,可利用更多的環境光和太陽光,勝過目前市場上的任何染料,可用於染料敏化太陽能電池(DSSCs:dye-sensitized solar cells)。

      “一家協力廠商太陽能公司用我們的新染料,就是“北卡羅來納州大學10號”(NCSU-10)染料,對比市場上最先進的染料。我們的染料功率密要高14%以上,”埃爾-沙飛說,他是紡織工程、化學和科學系助理教授。“換句話說,北卡羅來納州大學10號讓我們可以收穫更多的能量,但只需等量的陽光。”

      這種新染料可顯著提高染料敏化太陽能電池的效率,這種電池有一系列應用。在室內,這些染料敏化太陽能電池技術,可用於驅動手機、筆記型電腦和MP3播放機,這只需使用環境光線。在戶外,它們可以用於傳統太陽能電池陣列,或在先進的能源驅動應用中,用作建築一體化光伏產品,包括窗戶、外牆和天窗,但不局限於這些。

      對比市場上最先進的染料,北卡羅來納州大學10號染料可吸收更多的光子,只需較低的染料濃度,因此可製備更有效的太陽能電池,用於窗戶和外牆,同時仍然可以讓視窗高度透明。

      染料敏化太陽能電池的製備,是採用廉價和對環境無害的材料,包括染料、電解質和二氧化鈦(TiO2),二氧化鈦就是牙膏中使用的白色成分。染料敏化太陽能電池吸收光子,或離散光子束(discrete packets),用入射光線(或直接照射在表面上的光)創造自由電子,這是在納米多孔半導體如二氧化鈦中進行,都是在電池中。這些電子轉移到外部電路,產生電流。由於它們不依賴入射光的角度,而且高度回應低水準照明條件,所以,這種染料敏化太陽能電池效率比傳統矽光伏產品要高20%至40%,在漫射光照,陰天或陰雨天,以及室內環境光線中,都是這樣,這就使染料敏化太陽能電池成為一種獨特的光電產品。

      一項專利正在申請,就是針對這種新染料,而且,大學正在聯繫可能的產業合作夥伴,商談許可使用北卡羅來納州大學10號染料,以及資助這一領域的其他研究。


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