通過(guò)鐵改進(jìn)燃料敏化太陽(yáng)能電池
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研究人員已經(jīng)研發(fā)出一種可以提高技術(shù)中敏化劑性能的新型化合物，以補(bǔ)充當(dāng)前的光伏技術(shù)。
科學(xué)家們將敏化太陽(yáng)能電池作為當(dāng)前光伏系統(tǒng)的一種低成本補(bǔ)充。然而，研究人員一直在尋找一些對(duì)環(huán)境友好的環(huán)保材料，提高性能，從而實(shí)現(xiàn)自己的承諾。
現(xiàn)在，瑞士伯爾尼大學(xué)（University of Basel in Switzerland）的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種方法，一種對(duì)環(huán)境影響最小的常見(jiàn)金屬鐵來(lái)研發(fā)敏化劑，敏化劑則是電池中非常關(guān)鍵的元素。敏化劑是一種色彩濃烈的化合物，可以通過(guò)釋放電子并將其‘注入’到半導(dǎo)體內(nèi)吸收光并將其能量轉(zhuǎn)化為電能。
雖然研究人員已經(jīng)知悉鐵開(kāi)發(fā)敏化劑的良好基礎(chǔ)，但是他們?nèi)孕枰朔恍┨魬?zhàn)才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。事實(shí)上，專家長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為在這些應(yīng)用中使用鐵化合物是不可能的，因?yàn)殍F化合物在光吸收后的受擊狀態(tài)壽命太短，可能無(wú)法用于能源生產(chǎn)。
研究人員表示，因此，直到現(xiàn)在用于敏化太陽(yáng)能電池的敏化劑要么壽命相對(duì)較短，要么需要使用非常罕見(jiàn)并且昂貴的金屬。
然而，7年前，研究人員研發(fā)了一種新型鐵化合物，命名為 N-heterocyclic carbenes（NHCs），NHCs可以延長(zhǎng)半導(dǎo)體釋放足夠多電子以產(chǎn)生電能所需的狀態(tài)。
這解決了使用鐵作為敏化劑的一個(gè)問(wèn)題；但是，在用帶有染料敏化的半導(dǎo)體表面的過(guò)程中仍然還有其他問(wèn)題需要解決，在這一過(guò)程中，受染料分子的性質(zhì)、電極浸漬液的溶劑和敏化時(shí)間的影響，研究人員在《Dalton Transactions》雜志上發(fā)表的一篇論文摘要中觀察到了這一現(xiàn)象。
研究人員寫道：“如果染料分子之間太過(guò)接近，染料與染料之間可能會(huì)相互影響，從而影響電荷特性。染料聚集是分子間相互作用的結(jié)果。這種限制可以通過(guò)添加共吸附劑，例如鵝去氧膽酸（chenodeoxycholic）或在染料結(jié)構(gòu)中使用烷基間隔基（alkyl spacers）來(lái)克服�！�
研究人員還寫道，另一個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)可能是在染色浴溶液中存在過(guò)多的染料分子，導(dǎo)致半導(dǎo)體表面形成多層膜。在這種情況下，必須要優(yōu)化染色浴濃度與浸泡時(shí)間。
考慮到影響過(guò)程的多種因素，該大學(xué)化學(xué)系項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Mariia Becker解釋說(shuō)：“我們知道我們必須要研發(fā)出可以附著在半導(dǎo)體表面的材料，這種材料的特性可以同時(shí)允許優(yōu)化表面上功能性吸光組件的布置�！�
未來(lái)電池的潛力
他們說(shuō)，為了解決這些挑戰(zhàn)，研究人員通過(guò)使用新的同質(zhì)性和異質(zhì)性鐵NHC材料研發(fā)出一種新型敏化劑，他們使用雙管齊下的方法創(chuàng)建了這種材料。
首先，他們將羧酸基（carboxylic acid groups），比如在醋里發(fā)現(xiàn)的羧酸基加入到鐵化合物中，使其與半導(dǎo)體表面結(jié)合。其次，他們通過(guò)添加長(zhǎng)碳鏈?zhǔn)贡砻鎸痈鲃?dòng)、更加容易固定，使制造的化合物更‘絲滑’。
總體而言，研究顯示了利用鐵在燃料敏化太陽(yáng)能電池中創(chuàng)造的可能性，研究人員將有很長(zhǎng)的一段路要走，因?yàn)樗麄兊脑椭粚?shí)現(xiàn)了總體效率的1%。相比之下，商用太陽(yáng)能電池的效率為20%。
Becker在新聞發(fā)言中說(shuō)：“盡管如此，該結(jié)果代表了一個(gè)里程碑，這將鼓勵(lì)人們對(duì)這些新材料進(jìn)行進(jìn)一步研究。”
作者：楊柳譯 來(lái)源：中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 責(zé)任編輯：jianping
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