Сонячні батареї цього типу багатообіцяючі, оскільки виготовляються з дешевих матеріалів і не вимагають складної апаратури при виробництві. Осередки мають просту структуру, складаються з двох електродів і йодовміщуючої електроліту. Один електрод складається з високопористого насиченого барвником діоксиду титану (TiO2), нанесеного на прозору електропровідну підкладку. Іншим електродом є просто прозора електропровідна підкладка. Робота осередки часто порівнюється з фотосинтезом. оскільки обидва процеси використовують окисно-відновну реакцію. протікає в електроліті. Ефективність перетворення енергії в осередку ще не досягла рівня кремнієвих сонячних батарей. В даний час вона становить близько 10%. Теоретично можливо досягти рівня в 33%.
Принцип дії
Сонячне світло надходить крізь електропровідний скляний електрод, насичений барвником. де поглинається. Коли барвник поглинає світло, один з електронів його молекули переходить з основного стану в збуджений стан. Це явище називається «ФОТОЗБУДЖЕНОГО». Збуджений електрон переміщується від барвника в зону провідності TiO2. Перехід відбувається дуже швидко; він займає тільки 10 -15 секунди. У TiO2 електрон дифундує через TiO2 -плёнку, досягає скляного електрода і далі по провіднику стікає в другій електрод. Молекула барвника з втратою електрона окислюється. Відновлення молекули барвника в первісний стан відбувається шляхом отримання електрона від йодид-іона. перетворюючи його в молекулу йоду. яка в свою чергу дифундує до протилежного електрода, отримує від нього електрон і знову стає йодид-іоном. За таким принципом цветосенсібілізірованная сонячна батарея перетворює сонячну енергію в електричний струм, що протікає по зовнішньому провіднику.
В якості альтернативи традиційної неорганічної фотоелектроенергетіке, цветосенсібілізірованние сонячні батареї використовують шар інкапсульованих частинок в поєднанні з високопроводящей іонної рідиною. Іонні рідини. що показують високу ефективність конверсії при використанні в цих нових сонячних батареях, термічно і хімічно не стабільні і здатні втрачати ефективність. Але дослідники з Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Лозанна, Швейцарія) досягли успіху, використовуючи в якості нової стійкої іонної рідини - 1-етил-3-метілімідазолінтетраціаноборат (EMIB (CN) 4), досягли рівня ефективності перетворення енергії 7% при повній освітленості навіть після термічного або світлового старіння.
Для підтвердження хімічної і термічної стабільності їх сонячних батарей дослідники піддавали пристрій нагрівання до 80 ° C в темноті протягом 1000 годин, а потім на світлі при 60 ° C протягом тих же 1000 годин. Після нагрівання в темряві і на світлі 90% вихідної фотоелектричної ефективності збереглося - вперше така чудова термічна стабільність спостерігалася для рідкого іонного електроліту з високою ефективністю конверсії. На противагу кремнієвим сонячним батареям, чия продуктивність падає з ростом температури, цветосенсібілізірованние сонячні батареї відчувають лише незначні зміни, коли їх температура зростає від кімнатної до 60 ° C.
Осередок на основі діоксиду титану (TiO2)
Осередок на основі діоксиду титану
Технологія тонкоплівкових сонячних елементів із застосуванням ТіО2. на базі яких можна робити істотно більш ємкі і дешеві сонячні батареї для використання на масовому ринку.