โพสต์ยอดนิยม

ตัวเลือกของบรรณาธิการ - 2019

พลังงานแสงอาทิตย์: สีย้อมช่วยให้แสงในการเก็บเกี่ยว

Anonim

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่ย้อมสีไวแสงจะดูดซับความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และช่วงอินฟราเรด

การโฆษณา


เซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อการย้อมสี (DSSCs) พึ่งพาสีย้อมที่ดูดซับแสงเพื่อระดมกระแสไฟฟ้าของอิเล็กตรอนและเป็นแหล่งพลังงานที่มีแนวโน้มสดใส Jishan Wu จากสถาบันวิจัยและวิศวกรรมวัสดุ * STAR และเพื่อนร่วมงานในสิงคโปร์ได้พัฒนาสารสีสังกะสี porphyrin ที่สามารถเก็บเกี่ยวแสงได้ทั้งในส่วนที่มองเห็นและใกล้อินฟราเรดของสเปกตรัม การวิจัยของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการดัดแปลงทางเคมีของสีย้อมเหล่านี้อาจช่วยเพิ่มผลผลิตพลังงานของ DSSC ได้

DSSCs ทำได้ง่ายและราคาถูกกว่าโซลาร์เซลล์ซิลิคอนธรรมดา แต่ปัจจุบันมีประสิทธิภาพต่ำกว่า สีย้อมตามรูเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน DSSC แต่ในปี พ.ศ. 2554 นักวิจัยได้พัฒนาสีย้อมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจากอะตอมของสังกะสีล้อมรอบด้วยโมเลกุลรูปวงแหวนที่เรียกว่า porphyrin เซลล์แสงอาทิตย์ใช้ย้อมสีใหม่นี้เรียกว่า YD2-o-C8 เปลี่ยนแสงที่มองเห็นให้เป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 12.3 เปอร์เซ็นต์ ทีมของ Wu ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพโดยการพัฒนาสีย้อมสีสังกะสี porphyrin ที่สามารถดูดซับแสงอินฟราเรด

สารย้อมสีที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดที่พัฒนาโดยทีม Wu, WW-5 และ WW-6 รวมแกนสังกะสีพอร์ฟิรินเข้ากับระบบของวงแหวนคาร์บอนที่หลอมรวมโดยอะตอมไนโตรเจนซึ่งรู้จักกันในชื่อกลุ่ม perylene ที่ไม่มีการจดจำ เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีสีย้อมเหล่านี้ดูดซับแสงอินฟราเรดมากกว่า YD2-o-C8 และมีประสิทธิภาพสูงถึง 10.5 เปอร์เซ็นต์ซึ่งสอดคล้องกับประสิทธิภาพของเซลล์ YD2-o-C8 ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบเดียวกัน (ดูภาพ)

การคำนวณทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อส่วน porphyrin และ perylene ของสีเหล่านี้ด้วยคาร์บอน - คาร์บอนสามพันธบัตรซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงที่อุดมด้วยอิเล็กตรอนช่วยเพิ่มการไหลของอิเล็กตรอนระหว่างดวงนี้ พันธะนี้ยังลดพลังงานแสงที่ต้องการกระตุ้นอิเล็กตรอนในโมเลกุลซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการย้อมสีของแสงอินฟราเรด

การเพิ่มกลุ่มสารเคมีขนาดใหญ่ลงในสีย้อมยังช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายและป้องกันไม่ให้เกิดการรวมตัวซึ่งเป็นสิ่งที่มีแนวโน้มลดประสิทธิภาพของ DSSCs

อย่างไรก็ตามทั้ง WW-5 และ WW-6 มีประสิทธิภาพน้อยกว่า YD2-o-C8 ที่ทำให้แสงมองเห็นกลายเป็นกระแสไฟฟ้าและยังก่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำลง "ตอนนี้เรากำลังพยายามแก้ปัญหานี้ด้วยการปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของ WW-5 และ WW-6" Wu กล่าว

การเปรียบเทียบผลลัพธ์จากสีย้อมสี perylene-porphyrin ควรระบุถึงวิธีที่จะเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้และอาจเพิ่มการดูดกลืนแสงเข้าไปในอินฟราเรดได้อีก Wu กล่าวว่า "ความสำคัญอันดับแรกคือการปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน เป้าหมายของเราคือการผลักดันประสิทธิภาพให้มากขึ้นกว่า 13 เปอร์เซ็นต์ในอนาคตอันใกล้นี้ "

การโฆษณา



เรื่องราวที่มา:

วัสดุที่จัดเตรียมโดย สำนักวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีและการวิจัย (A * STAR) หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว


Journal Reference :

  1. Jie Luo, Mingfei Xu, Renzhi Li, Kuo-Wei Huang, Changyun Jiang, Qingbiao Qi, Wangdong Zeng, Jie Zhang, Chunyan Chi, Peng Wang, Jishan Wu N-Anneryl Perylene เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพสำหรับสารย้อมสี Porphyrin-Based: ความสามารถในการเก็บเกี่ยวแสงที่เพิ่มขึ้นและเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อการย้อมสี Co (II / III) ที่มีประสิทธิภาพสูง วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 2014; 136 (1): 265 DOI: 10.1021 / ja409291g