Boyaya duyarlı güneş pilleri

Bir boyaya duyarlı güneş hücreleri (DSSC, DSC or DYSCWan, Haiying "Dye Sensitized Solar Cells", University of Alabama Department of Chemistry, p. 3), düşük maliyetli ve ince filmli güneş hücreleri grubuna ait olan güneş hücreleridir. Avrupa enerji araştırmaları enstitüsü, 30 Haziran 2006, hücre bir anode ve bir elektrondan oluşan yarı iletkenlere dayanır. Boyaya dayalı güneş hücrelerinin modern versiyonu Brian O'Regan ve Michael Grätzel tarafından icat edilen Grätzel hücre olarak da bilinir.EarlyHistory . Workspace.imperial.ac.uk. Retrieved on 30 May 2013. ve daha sonra bu çalışma 1991'de ilk yüksek verimli DSSC'nin yayınına kadar the École Polytechnique Fédérale de Lausanne'da adı geçen bilim adamları tarafından geliştirildi.

DSSC birçok çekici özelliğe sahiptir; geleneksel rulo baskı tekniklerini kullanarak yapmak kolaydır, yarı-esnek ve yarı-saydamlar için çeşitli kullanım alanlarında uygun olmayan cam tabanlı sistemler içindir ve kullanılan çoğu materyal ucuzdur. Pratikte, platinyum ve rutenyum gibi pahalı olan materyalleri ayırmak zordur ve sıvı elektrotlar her havada kullanılmak için uygun bir hücreyi sağlıyorlar. En iyi ince film hücrelerden daha az dönüşme etkinliğine rağmen, teoride system paritesini meydana getirerek değeri fosil yakıtlarından enerji üretimiyle yarışacak kadar iyi olmalıdır. Kimyasal kararlılık sorunlarıyla desteklenmiş ticari uygulamalar, Avrupa birliği fotovoltaik yol haritasında yenilenebilir enerji kaynakların önemli bir katkı sağlamak için 2020 kuşağına bir öngörüdür.

Mevcut teknoloji: yari iletken güneş pilleri
Geleneksel katı hal elektroniğinde güneş pilleri iki katkılı kristallerden yapılır; bir kat ek olarak serbest electron iletim bandı ekleyen n-tür yarı iletken diğer kat electron deliği ekleyen p-tür yarı iletkendir. Temas ettirildiklerinde n-tür bölümündeki elektronların bazıları p-türdeki electron deliklerini doldurmak için p-türe akacaktır. Sonuç olarak, iki materyalin Fermi seviyelerini eşitlemek için yeterli olacak kadar electron akacaktır. Sonuç yük taşıyıcıların arayüzün iki tarafında toplanmış ya da dağılmış olduğu p-n kesişim yüzeyinde bir arayüz alanıdır. Silikonda bu electron transferi 0.6-0.7 civarında bir potansiyel engel oluşturur.

Güneş ışığı altına yerleştirildiğinde güneş ışığının fotonları p-tür yarı iletkenin elektronlarını uyarır bu süreç foton uyarma olarak bilinir. Silikonda, güneş ışığı bir elektronu düşük enerjiden yüksek enerjiye itmek için yeteri kadar enerji sağlayabilir (iletim bandı). İsminin de vurguladığı gibi iletim bandındaki elektronlar silikonda hareket etmek için serbesttirler. Bir yük hücreye yerleştirildiğinde bu elektronlar p-türden n-türe akacaktır (harici devredeb geçerken enerji kaybedecektir) ve sonra arkalarında bıraktığı değerlik elektron yeriyle yeniden birleşebileceği p-türüne geri akacaktır. Bu yolla güneş ışığı harici bir akım yaratacaktır.how

Herhangi bir yarı iletkende, boşuk bandı belirli bir enerji ya da daha fazla enerjiye sahip olan fotonların akıma katkı sağlayabileceği anlamına gelir. Silikon durumunda, kırmızıdan mora kadar görünür ışığın büyü çoğunluğu bunu yapamak için yeterli enerjiye sahiptir. Ne yazık ki mavi ve mor spektrumlarının sonunda olan yüksek enerjili fotonlar bu bandı geçmek için çok daha fazla enerjiye sahiptir. Fazla enerjilerinin elektronlara aktarılmasına rağmen bu enerjinin çoğu ısı enerjisi olarak atılır. Foton yakalamak için uygun bir ihtimal de n-tür katmanın fazlasıyla kalın olmasıdır. Bu aynı zamanda fırlatılan elektronun bir maddedeki eletronun p-n kesişimine ulaşmadan elektron deliğine ulaşma şansını artırır. Bu etki silicon güneş pilinin verimliliğinde genel birimler için yüzde 12 den 15 e kadar en iyi laboratuvar hücreleri için yüzde 25 e kadar(teorik olarak maksimum tek bant güneş pil için maksimum verim yüzde 30 civarındadır (Shockley–Queisser limit) )bir üst limit oluşturur.

Şimdiye kadar geleneksel yaklaşımla ilgili olan problem maliyettir; güneş hücreleri belirli bir oranda foton yakalayabilmek için kalın katmanlı silikon tabakalarına ihtiyaç duyarlar ve silikon aşaması pahalı bir aşamadır. Son on yıldır bu maliyeti azaltmak için yapılan birçok çalışma vardır fakat pratik problemler yüzünden bu zamana kadar birçok sınırlı uygulama görülmüştür. Bu hücreler çok yüksek maliyetli ve sadece büyük ticari dağıtımlar için uygun olmasına rağmen bir başka araştırma çizgisi, çoklu birleşim yaklaşımıyla verimliliği artırmıştır. Maliyetler nedeniyle artan arz biraz düşmüş olsa da genel anlamda çatı dağıtımı için uygun hücre tipleri, verimliliği önemli ölçüde değişmemiştir.

Boya duyarlı güneş hücreleri
1960'ların sonlarında ışıklı organik boyalar elektrokimyasal hücrelerde oksit elektrotlar elektrik üretebilen olduğu ortaya çıktı. Fotosentez birincil süreçleri anlamak ve simüle etmek için ıspanaktan alınan klorofil ile Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nde çalışıldı. Boyaya duyarlı güneş pilleriyle elektrik üretimi deneyleri 1972 yılında gösterilmiş ve tartışılmıştır. Boyaya duyarlı güneş hücrelerinin karasızlığı başlıca zorluk olarak tanımlanmıştır. Bu etkinlik yirmi yıl boyunca ince oksit tozundan hazırlanmış elektrotun gözenekliliğini optimize ederek geliştirilebilirdi fakat kararsızlık bir problem olarak kaldı. Modern bir DSSC klorofil yeşil yapraklar gibi güneş ışığı emen bir molekül bir boya ile kaplanmış titanyum dioksit nanopartikül s gözenekli bir tabakadan oluşmaktadır. Titanyum dioksit plantinyum tabanlı bir katalizörlü elektrolit solüsyonuna altına batırılır. Geleneksel alkalin pilinde olduğu gibi, bir anot (titanyum dioksit) ve bir katot (platin) bir sıvı iletkenin (elektrolit) her iki tarafına yerleştirilir.

Güneş ışığı daha sonra elektronları uyarıp titanyum dioksite akmasını sağlayan boya tabakasından geçer. Elektronlar bir yükü oluşturmak için toplandıkları saydan elektrota doğru akarlar. Harici devres içinde aktıktan sonra, arkada bir metal elektrot üzerindeki hücre içine yerleştirilir. Daha sonra elektrot elektronları boya molekülüne geri taşır.

Boya tabanlı güneş pilleri geleneksel bir hücrede silikon tarafından sağlanan iki fonksiyonu ayırır. Normalde silikon fotoelektron ve akım oluşturmak için yükleri ayırarak elektrik alan sağlar. Boya duyarlı güneş pillerinde, yarı iletken gövdesi sadece yük taşınması için kullanılır, fotoelektronlar ayrı fotosentetif boyadan sağlanır. Yük ayrılması boyanın yarı iletkenin ve elektronun yüzeyleri arasında olur.

Boya molekülleri oldukça küçüktür bu yüzden gelen ışınları yakalamak için boya tabakası moleküllerin kendi kalınlığından çok daha fazla kalın yapılmalıdır Bu sorunu çözmek için, bir nano malzeme hücrenin herhangi bir yüzey alanı için molekül sayısının artırılması, bir 3-D matris içindeki boya moleküllerinin çok sayıda tutmak için bir iskele olarak kullanılır. Mevcut tasarımlarda, bu çift iskele görevi gören yarı iletken malzeme tarafından sağlanır

Grätzel ve Brian O'Regan dizaynında hücre üç ana bölümden oluşur. Üzerinde florür katkılı malzemeden yapılmış bir saydam anot olan kalay (SnO2:F). Bu iletken plakanın arkası yüzünde ince bir tabakası olan titanyum dioksit(TiO 2) oldukça gözenekli bir yapıyı oluşturan yüzey alanına sahiptir..TiO2 sadece küçük yüzdeyle güneş fotonları absorbe eder.Juan Bisquert, "Dye-sensitized solar cells" , Departament de Física, Universitat Jaume I

Plaka daha sonra bir ışığa duyarlı bir priding boya karışımı içine daldırılır. (bu karışım aynı zamanda molekül duyarlayıcı olarak adlandırlır ve bir çözücüdür. Film boyaya batırıldıktan sonra, kalın bir boya tabakası kovalent bağlı olarak TiO2 ‘nun yüzeyinde kalır.

Ayrı bir plaka daha sonra tipik haliyle platin metali üzerine yayılmış iyodür elektroliti yayılmış ince bir tabaka ile yapılır. İki plaka daha sonra kat ve sızmasını önlemek için elektrolit birlikte birleştirilmiş kapatılmıştır. İnşası hobi malzemeleriyle el yapımı olarak yapılacak kadar basittir. "ileri" malzemeler kullanılmasına rağmen bunlar normal hücreler için gerekli silikona göre ucuzdur çünkü ancak hiçbir pahalı imalat adımlarını gerektirmezler. Örneğin; TiO 2 yaygın bir boya baz olarak kullanılır.

Etkili DSC cihazlarında rutenyum bazlı boya kullanılır. Örneğin,[Ru (4,40-dikarboksi-2,20-bipiridin) 2 (NCS) 2] (N3 karboksilat parçaları üzerinden foton anoduna bağlıdır. Foton anodu 12 mikron kalınlığında film, 10-20 nm çapında TiO, 4mikron kalınlığında 400 nm çapındaki elektronların saydam elektrota geri yayılmasını sağlayan parçacıklardan daha büyük TiO2 nanotaneciklerden oluşur. Uyarılan boya ışık emiliminden sonra elektornlarıTiO2‘ye enjekte eder. Enjekte edilmiş elektronlar iletkeb oksit (TCO)nun ön kenarlarında toplanan parçacıklar boyunca yayılırken I3/I redoks indirgenmesi aracılığıyla yenilenir. Karşı elektrotun yükseltgenmiş yayılımı devreyi tamamlar.

 DSSC Mekanizması
DSSC'de olan ana aşamalar

Step 1: Aşağıdaki temel adımlar fotonu akıma dönüştürür:

1. Gelen foton adsorbe edilen complex Ru fotosantizerleri tarafından TiO2 yüzeyi üzerinde emilir.

2. Fotosansitizerler temel halden(S) uyarılmış hale(S∗) geçmek için uyarılırlar. Uyarılmış elektronlar TiO2 elektrotunun iletken bandına enjekte edilir. Bu durum fotosansitizierlerin (S+) yükseltgenmesiyle sonuçlanır.

S + hν → S∗ (1)

S∗ → S+ + e− (TiO2) (2)

3. TiO2'nin iletken bandına enjekte edilmiş elektronlar The injected TiO2 nano parçacıkları arasında TCO)'ye doğru yayılarak taşınır. Ve son olarak elektron devresi üzerinden karşı elektrot ulaşır.

4. Yükseltgenmiş fotosansitizerler (S+) redoks aracılığıyla temel halin(S) ve I− − yükseltgenmesine yol açan I− iyonundan elektron kabul ederler.

S+ + e− → S (3)

5. Yükseltgenmiş redoks aracı, I3−, karşı elektrorata doğru yayılır ve − iyonuna indirgenir.

I3− + 2 e− → 3 I− (4)

DSSC'nin vermililiği bileşenin dört enerji seviyesine bağlıdır; uyarılmış hal(yaklaşık olarak LUMO), fotosansitizierlerin temel haline(HOMO), TiO2 elektrotunun Fermi seviyesine ve bir elektrottaki aracının (I−/I3−) redoks potansiyeline.

Nanoplant benzeri Yapı bilgisi
DSSC'de elektrotlar toplaşık yarı iletken nano parçacıklardan oluşur ve başlıca parçacık TiO2 ya da ZnO. Bu nanoparçacıklar yarı iletken boyunca sınırlanmış difüzyona dayanır. Bu limit aracın verimliliğidir çünkü bu yavaş iletim mekanizmasıdır. Yeniden birleşim radyasyonun uzun dalga boylarında olma ihtimali daha yüksektir. Ek olarak nanoparçacıkları katılaştırmak 450 °C gibi bu parçacıkların imalinin dayanıklı hale gelmesini sağlayan yüksek bir sıcaklık gerektirir. Eğer toplanmış parçacıklı elektrot özel dizayn edilmiş nanoplant_like içeren bir elektrotla değiştirildiğinde DSSC'nin veriminde bir artış olduğu kanıtlanmıştır.

İşlem

Güneş ışığı hücreye saydam SnO2:F tabakasının üstünden girer ve TiO2’nin yüzeyindeki boya moleküllerine çarpar. Boyaya çarpan elektronlar direkt olarak TiO2.’nin iletken bandına enjekte edilebilen uyarılmış elektronların enerjisine sahip olur. Buradan elektron yoğunluğunun sonucu olarak difüzyonla üstteki temiz kısma anota hareket eder.

Bu arada, boya molekülleri elektron kaybeder ve eğer elektron sağlanmazsa molekül ayrışır. Boya bir elektronunu the TiO2’nin altındaki iyottan iyodu triiyodüre yükseltgeyerek alır. Bu reaksiyon güneş hücresinde olan enjekte edilmiş elektronun yeniden birleşmesi için geçen süreden daha az zaman alır. 
Daha sonra triiyodür kayıp elektronunu yeni devre boyunca hareket eden elektronu hücreye yeniden tanıştıran karışı elektrot alan alt hücreye difüzyon yaparak elde eder.

Verim
Birçok önemli tedbirler güneş hücreleri karakterize etmek için kullanılır. En belirgin olan hücre üzerinde parlayan güneş enerjisi belirli bir miktarı için üretilen elektrik gücün toplam miktarıdır. Yüzde olarak ifade edildiğinde, bu güneş dönüşüm verimi olarak bilinir. Elektrik güç akım ve gerilimin ürünüdür, bu nedenle bu ölçümler için maksimum değerleri sırasıyla, hem Jsc ve Voc önemlidir. Son olarak, temel fiziği anlamak amacıyla, "kuantum etkinliği" (belli bir enerji), bir fotonun bir elektron yaratma şansını karşılaştırmak için kullanılır.

Kuantum verimliliği terimlerinde, DSSC'ler son derece verimlidir çünkü nano yapılarındaki derinlikleri bir fotonu absorbe etme için çok yüksek şansa sahiptir ve boyalar elektronları dönüştürmek için çok etkilidir. DSSC'deki birçok elektron kayıpları temiz elektrotta ve ya da elektrotun önündeki optiksel kayıptandır. Yeşil ışık için genel kuantum verimliliği "% 10 büyük ölçüde üst elektrot olarak optik kayıpları neden olur bu yüzden yaklaşık% 90’dır. Geleneksel tasarımları kuantum verimliliği kendi kalınlığına bağlı olarak değişir ama DSSC ile hemen hemen aynıdır.

Solar aydınlatma koşulları (Voc) altında, Teorik olarak, bu tür bir hücre tarafından üretilen maksimum gerilim arasındaki fark sadece TiO 2 of Fermi seviye ve elektrotun redoks potansiyeli arasındaki fark kadardır. Aydınlatılmış bir DSSC bir "açık devre" ye bir voltmetreyle bağlandığında ise, yaklaşık 0.7 V değer okunur. Voltajlar karşılaştırıldığında, DSSC silikondan daha yüksek Voc bir değer verir; to 0.6 V ile karşılaştırıldığında yaklaşık olarak 0.7 V. Bu oldukça küçük bir farktır yani gerçek dünya farklılıklar mevcut üretim, J <sub>sc </ sub> tarafından bastırılır.

Boya TiO2 da elektronları serbest elektrona dönüştürmede çok fazla etkili olsa da yalnızca boya molekülleri tarafından absorbe edilen elektronlar akım üretebilir. Foton emilme oranı duyarılı TiO 2 tabakasının üzerinden absorpisyon spekturumu ve güneş akı spektrumuna bağlıdır. Bu iki spektrum arasındaki mümkün olan en yüksek üste binme foton akımını belirler. Silikonla kıyaslandığında kullanılan tipik boya molekülleri daha zayıf emmeye sahiptir bu da güneş ışığındaki daha az fotonun akım üreteceği anlamına gelir. Bu faktörler DSSC tarafından üretilen akımı sınırlandırır. Karşılaştırma için, geleneksel silikon tabanlı güneş pili yaklaşık 35 m A/cm 2 sunmaktadır, oysa mevcut DSSCs yaklaşık 20 mA/cm2 sunar.
Geçerli DSSC için genel zirve güç dönüşüm verimi yaklaşık % 11'dir.American Chemical Society, "Ultrathin, Dye-sensitized Solar Cells Called Most Efficient To Date" , ScienceDaily, 20 September 2006 Prototipler için geçerli kayıt% 15dir.Nature: Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. doi:10.1038/nature12340.
Bozulum
DSSC polimerler, pigmentler ve boyalar Morötesi Parçalanma veya indirgeme morötesi] radyasyona maruz kaldığında Bariyer tabakası UV dengeleyicisi veya UV emicisi Luminescence lümin kromofor (daha uzun dalga boyunda yayan olan) içerebilir ve antioksidan ve hücrenin verimliliğini artırmak ve verimliği korumak için içerebilir.Chittibabu, Kethinni, G. et al. Photovoltaic cell , European patent WO/2004/006292, Publication Date: 15 January 2004.

Avantajları
DSSC en etkili üçüncü oluşumdur.Basic Research Needs for Solar Energy Utilization , U.S. Department of Energy Office of Basic Energy Sciences, 2005. Diğer ince film teknolojisi% 5 ve% 13 arasında, tipik olarak ve geleneksel düşük-maliyetli ticari silikon paneller %14 ve %17 arasında çalışır. Bu cam daha az kolektör mekanik sağlamlık ve hafif, büyük ve avantajlı çatı için güneş kollektörleri gibi "düşük yoğunluklu" uygulamaları mevcut teknolojiler için bir yedek olarak DSSC cazip hale getirmektedir. Bunlar yüksek maliyetli yüksek verim hücreleri daha uygun olan büyük ölçekli dağıtımlar için cazip olmayabilir, ama DSSC dönüşüm verimliliğindeki bile küçük artışlar onları diğer roller için uygun hale getirebilir.

DSSC'nin özellikle çekici başka bir alanı var. Doğrudan TiO 2 içine bir elektron enjekte süreci elektronun orijinal kristal içinde desteklendiği geleneksel bir hücrede meydana gelen süreçten farklıdır. Teorik olarak, düşük üretim oranları göz önüne alındığında, silikondaki yüksek enerjili elektron bir foton dışarı Bu durumun yaygın olmamasına rağmen, bir elektron için foton uyarılmasından önce başka bir molecule çarpması daha kolaydır.

Buna karşılık, DSSC de kullanılan enjeksiyon işlemi, sadece bir ilave elektron TiO<sub> 2 </ sub>deki bir delik tanıtmaz. Enerji açısından bir elektron için boyayla yeniden birleşmek mümkün olmasına rağmen, bunun olduğu oran boyanın çevresindeki elektrottan bir elektron kazanma oranından daha yavaş orana sahiptir TiO2den yeniden elektrottaki türlerle birleşme de mümkündür fakat bu yine optimize edilmiş cihazlar için çok küçüktür.Jessica Krüger, "Interface engineering in solid-state dye sensitized solar cells" , École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2003 Plantinyum kaplanmış elektorttan elektrolitteki türe elektron transferin aksine çok hızlıdır.

Bu elverişli "diferansiyel kinetik" sonucu olarak DSSC hatta düşük ışık koşullarında bile çalışır. DSSC'ler bu yüzden bulutlu ve güneş olmayan havalarda çalışabilir ancak geleneksel dizaynlar bazı aydınlatma düzeyi limitlerine sahiptir, bu düzeylerde yük taşıyıcı hareketlilik düşük ve rekombinasyon önemli bir sorun haline gelir.Kimberly Patch, "Solar cell doubles as battery" , Technology Research News, 2006 Kesim kapalı alanlarda kullanımda ve küçük cihazların evdeyken güneşten enerji emebilecek kadar yavaştır. DSSC'nin en ince film teknolojilerinde de olan pratik bir avantajı hücrenin mekanik sağlamlığının dolaylı olarak yüksek sıcaklıklarda daha yüksek verimliliğe için sebep olmasıdır. Herhangi bir yarı iletkende. In any semiconductor, artan sıcaklık elektronları iletken banda mekanik olarak ilerletecektir. Silikon hücrelerinin kırılganlığı onlar tipik olarak dayanıklılık için bir metal destek ile sera benzeri onları saran bir cam kutuda diğer elementlerden korumayı gerektirecektir. Böyle sistemler hücreler içten ısınır gibi sistem verimliliği belirgin bir düşüş yaşayacaktır. DSSC sadece önünde çok daha kolay ısı yaymalarını sağlayan kalın bir iletken plastikle inşa ve dolayısıyla daha düşük iç sıcaklıklarda faaliyet göstermektedir.

Dezavantajları
DSSC dizaynın en büyük dezavantajı sıcaklık kararlılığı problemine sahip olan sıvı elektrolit kullanımıdır. Düşük sıcaklıklarda elektrolit donabilir ve tükenen güç üretimi fiziksel zarara neden olur. Yüksek sıcaklıklar panellerde ciddi bir sızdırma sorununa yol açan sıvının genişlemesine neden olur. Başka bir dezavantajı pahalı rutenyum (boya), platin (katalizör) ve iletken cam ya da plastik (iletişim) bir DSSC üretmek için gerekli olmasıdır. Üçüncü büyük elektrolit solüsyonu dezavantajı insan sağlığı ve çevre için tehlikeli olduğu bilerek dikkatle kapatılmış olması gereken uçucu organik bileşik (VOC ) içeriyor olmasıdır. Bu çözücüler plastik nüfuz gerçeği ile birlikte büyük ölçekli açık uygulama ve esnek bir yapıya entegrasyonuna engel oluşturur.Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, "New Efficiency Benchmark For Dye-sensitized Solar Cells" , ScienceDaily, 3 November 2008

Sıvı ilekatı elektrolitin değiştirilmesi araştırmalar için önemli bir alan devam olmuştur. Katılaşmış eriyik tuzlar kullanılan yeni deneyler bazı şeyler göstermiştir, ancak şu anda devam eden operasyonlar sırasında yüksek bozulmaları vardır ve esnek değ ildirler.Nathalie Rossier-Iten, "Solid hybrid dye-sensitized solar cells: new organic materials, charge recombination and stability" , École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2006
Foto katot ve tandem hücreleri 
Boya duyarlı güneş hücreleri foto akımın boya tarafından elektron enjekte edilmesiyle sonuçlandığı (n-DC) fotodiyotu (n-DC) olarak çalışır. Foto katot (p-DSCs) boya uyarılmasının elektron transferinin p-tür yarı iletkenden boyaya iletilmesiyle takip edildiği n-DSC 'ye kıyasla ters bir modda çalışır. Böyle p-DSC ve n-DSCs'ler tandem güneş hücreleri oluşturmak için birleştirilebilir ve can be combined to construct tandem solar cells (pn-DSCs) and tandem DSSC'lerin verimliliği tek kavşak DSc'lerin çok ötesindedir.

Standart bir tandem hücresi bir ara elektrolit tabaka ile basit bir sandviç biçiminde n-DSC ve bir p-DSC oluşur. n-DSC ve p-DSC foto akımı fotovoltajları katkı olan zayıf elektrot tarafından control edileceği anlamına gelen seri şekilde bağlanır. Böylece foto akım eşleşmesi yüksek verimli pn-DSC^ler için çok önemlidir. Ancak, DSC'lerden farklı olarak, boya duyarlı delikli enjeksiyonu takiben hızlı şarj rekombinasyon genellikle p-DSC'de düşük foto akımla sonuçlanır ve dolayısı ile bu da genel cihazın etkinliğini engellemektedir.

Araştırmacılar bunların alıcısı ve vericisi olarak trifenilamin bağlanmış bir oligotiofen büyük boya hassas delikli enjeksiyonundan sonra şarj rekombinasyon oranını azaltarak p-DSC performansını artırmak gibi bir perilen diimid (PDI) ihtiva eden boyalar kullanıldığını bulmuştur. Araştırmacılar p-DSC tarafında NiO n-DSC tarafında TiO 2mbulunan bir tandem DSC oluşturmuşlardır. Fotoakım eşleşmesi kullanılarak NiO ve TiO2 film kalınlıkları üzerinde optiksel emilimleri kontrol etmek ve iki elektrotunda foto akımlarını eşitlemek amacıyla yapısal düzenlemeler yapılması başarılmıştır. Cihazın enerji dönüşüm verimliliği 1.91%, aşan bireysel bileşenlerin etkinliği vardır ancak yine de yüksek performanslı n-DSC cihazlarından (% 6% 11) çok daha düşüktür. Tandem DSC kendisi ilkel olduğu için sonuçlar hala yine umut vericidir. P-DSC'de performansındaki büyük gelişme daha büyük n-DSC verimliliğine sahip tandem cihazlarına yol açabilir.

Gelişim

küçükresim|upright=0.91|"Siyah Boya", anyonik bir Ru_terpiridin kompleksi

(1995 dolaylarında), erken deneysel hücreleri kullanılan boyalar sadece tayfın sonunda ve yüksek frekanslı olan UV ve maviye duyarlı olduğu görülmüştür. Yeni versiyonlar (circa 1999) verimi düşük frekansta kırmızı ve kızıl ötesi ışınlar aralığında tris karboksi-rutenyum terpiridin [Ru(4,4',4"-(COOH)3-terpy)(NCS)3] daha geniş frekans cevabına sahip olduğunu tanıtmıştır. Boya derin bir kahverengi-siyah rengine sahip ve geniş spektral tepkisi sonucu "siyah boya" gibi basit bir adla adlandırılır.

Bir güneş pili verimliliği ömründe önemli bir azalma olmadan, en az yirmi yıl boyunca elektrik üretme kapasitesine sahip olmalıdır. "Siyah boya" İsviçre'de güneşe on yıllık maruz kalma süresine eşdeğer olan 50 milyon devre maruz bırakılmıştır. Hiçbir fark edilebilir performans azalması gözlemlenmedi. Ancak boya, yüksek ışıklı ortamlarda arızalara sahipti. Son on yılda geniş kapsamlı bir araştırma programı bu endişeleri gidermek için yapılmıştır. Yeni boyalar çok parlak ve kararlı sıcaklığa sahip olan 1-etil-3 methylimidazolium tetracyanoborate[EMIB(CN)4],yüksek dönüşüm verimliliği olan [Cu(In, GA)Se2] ve değişen özel amaçlı özellikler içerir.

DSSC'ler hala gelişim döngülerinin başındadırlar. Verimlilik artışı mümkündür ve son zamanlarda daha yaygın çalışma başladı. Bunlar katı hal elektrotlarını daha iyi eşleşme için kullanılmış elektrot kullanarak yapılan kuantum noktalarının yüksek enerjili ışını çoklu elektrona dönüşümü aşamasını içerir.

Yeni Gelişmeler

2003
Teknoloji İsviçre Federal Enstitüsü araştırmacılarından bir grup yarı-katı-hal jel elektrolit ile birlikte amfibilik rutenyum duyarlandırıcı kullanarak DCS termostabiliteyi arttırdığını bildirdi. Cihazın stabilitesi klasik bir anorganik silikon bazlı güneş hücresininkiyle eşleşir. 80 °C de 1000 saat boyunca hücre sürekli ısıtılır. 
Grup daha önce elektrolitteki suya olan boya toleransını artırmak için 4,4′-dicarboxylic acit-2,2′-bipyridine ve dnbpy is 4,4′-dinonyl-2,2′-bipyridine) olan ligand H2dcbpy içeren bir rutenyum amfibilik boya Z-907 (sis-Ru (H dcbpy 2) hazırladı. Buna ek olarak, grup aynı zamanda bir fotokimyasal olarak poliviniliden florür-ko-heksaflüoropropilen (PVDF-HFP) ile katılaşan bir 3-methoxypropionitrile (MPN)-esaslı sıvı elektrolit ile bir yarı-katı hal jel elektrolit ile kararlı bir flor polimer hazırladı.

DSSC içindeki polimer jel elektrolit ile bağlantılı olarak amfifil Z907 boyanın kullanılmasıyla % 6.1 arasında bir enerji dönüşüm verimliliği sağlanır. Daha da önemlisi, cihaz, termal stres altında ve ışık ile ıslatma kararlıydı. Hücre yüksek dönüşüm veriminin başlangıç değerinin% 94'ünü muhafaza ederek 80 °C 'de 1000 saat ısıtma sürdürmüştür. Bir ultraviyole emici bir polimer film ile kaplı hücreler için 1000 saat 55 °C (100 mW cm−2)'de ısıtma için bir güneş simülatöründe hızlanma testinden sonra verim 5% azalmıştır. Bu sonuçlar da geleneksel inorganik silikon güneş hücreleri olduğu için sınırı içinde bulunmaktadır.

Gelişen performans polimer jel uygulamaları sayesinde dolgu genelinde çözücü nüfuzunda azalmadan kaynaklanabilir. Poilmer jel elektrolit oda sıcaklığında yarı katı haldedir ve 80 °C de geleneksel bir elektrot viskozitesiyle (viscosity: 4.34 mPa•s) karşılaştırıldığında 80 °C de yapışkan bir sıvı (viscosity: 4.34 mPa•s) haline gelir. Termal stres ve ışık ile her iki ıslatma altında aygıtın daha da geliştirilmiş stabilitesi daha önce DSC'lerde görülmemiştir ve güneş hücrelerinin dayanıklılık kriterlerine uygun şekilde bu cihazların dış kullanıma açık olması için pratik ve uygun bir hale getirilmiştir.

2006
İlk başarılı katı-hibrid boyaya duyarlı güneş hücreleri bildirildi.

Boya absorpsiyonu için gerekli olan yüksek yüzey alanı muhafaza ederken, bu solar hücrelerde elektron transferini artırmak için, bu tür iki araştırmacı yarı iletken iletim bandı ile elektrotuna doğrudan bir yol temin etmek üzere nanotel s diziler ve tellerden ve nanoparçacık s bir kombinasyonu gibi alternatif yarı iletken morfolojileri, tasarladı. DSSCs kuantum verimini artırmak için performansının sınırlandığı kırmızı spekturum bölgesinde bir vasıta sağlayabilir.Michael Berger, "Nanowires Could Lead to Improved Solar Cells" , NewswireToday, 03/06/2006
Ağustos 2006 tarihinde, 1-etil-3 methylimidazolium tetracyanoborate güneş hücresinin kimyasal ve termal sağlamlığını kanıtlamak için, araştırmacılar 1000 saat süre ile 60 °C'de ışık emmesinin ardından 1000 saat karanlıkta 80 °C'de ısıtma cihazları tabi tuttular. Dark ısıtma ve hafif nemlendirici sonra, ilk fotovoltaik verim% 90 muhafaza edilmiştir ve ilk kez bu tür mükemmel bir ısı kararlılığı gibi yüksek bir dönüşüm etkinliği sergileyen bir sıvı elektrolit için gözlenmiştir. Performansı sıcaklıkla birlikte azalan silikon hücrelerinin aksine boyaya duyarlı güneş hücreleri çalışma ortamının sıcaklığını ortalama civardan 60 °C' ye kadar artırdığında etkilenebilir.
Nisan 2007
Yeni Zelanda'da Massey üniversitesinde porfirin içeren birçok çeşit organik boya türüyle deneyler yaptı. Doğada, porfirin bitkilerde klorofilde ve hayvanlarda hemoglabinde olan hemoproteinlerin temel yapı taşıdır. O bu düşük maliyetli boyaları kullanarak 5.6% verimliliği rapor etti.

Haziran 2008
Nature Material de yayınlanan bir makalede alternatif olarak elektrolit çözeltisi olarak organik çözücüler kullanarak ve üçlü tuzların eriyik çözeltisini kullanarak % 8.2 verimlilik gösterilmiştir. Verimi 11%'den az olan elektrotlar kullanılmasına rağmen takım verimliliğin geliştirilebileceğinden emindir.

2009
Georgia Tech 'de bir grup araştırmacı yüksek verimli boyaya duyarlı güneş hücresini bir hücre etrafına optik fiberle kaplayarak yaptı. Araştırmacılar kaplama optic fiberleri optic fiberlerden uzaklaştırdı, yüzeyi boyunca nanotellerin, boya molekülleriyle oluşturulan çinko oksit lifle çevrili bir elektrot ve metal kaplı ince filmle kalınlaştırıldı. Hücre aynı yüzey alanıyla bir zin oksit hücresinin verimliliğinin altı katı kadar fazla verimliliğe sahipti. Fotonlar fiberin içine hareket eder gibi atlarlar bu yüzden güneş hücresiyle etkileşime geçmek ve akım üretmek için daha fazla şansa sahip olurlar. Bu cihazlar ışığı yalnızca tepede toplarlar fakat gelecek fiber hücreleri ışığı bütün bir iletkenle kaplanmış fiber boyunca hapsedebilirler. Max Shtein of the University of Michigan said a sun-tracking system would not be necessary for such cells, and would work on cloudy days when light is diffuse.

2010
École Polytechnique Fédérale de Lausanne ve Université du Québec à Montréal üniversiteleri iki büyük DSC problemini çözmek zorunda olduğunu iddia eder.Coxworth, Ben (8 April 2010) Breakthrough in low-cost efficient solar cells , Gizmag.
Elektrot için yeni moleküller üretildi ve fotovoltajda artışa neden olan saydam veya aşındırıcı olmayan jelle sonuçlandı.
Katot laboratuvarda üretilen daha verimli daha ucuz ve daha dayanıklı platinyumla değiştirildi.Inexpensive Highly Efficient Solar Cells Possible , ScienceDaily, 12 April 2010.

2011
Haziranda Dyesol ve Tata Steel Europe'da duyurulan dünyanın en büyük ve en geniş boyaya duyarlı fotovoltaik modülünd sürekli olarak bir çelik üzerine basılmıştı.Tata Steel and Dyesol produce world’s largest dye sensitised photovoltaic module. Tatasteeleurope.com (10 June 2011). Retrieved on 26 July 2011.

Dyesol]] ve CSIRO Ekimde Ortak Dyesol / CSIRO Projesinin İkinci Milestone başarıyla tamamlandığını duyurdu. 
Dyesol Direktörü Gordon Thompson, bu ortak işbirliği sırasında geliştirilen malzemeler önemli ölçüde performans ve kararlılık temel gereksinimleri olan uygulamalarında bir DSC ticarileştirilmesinde ilerlemek için potansiyeline sahiptir "dedi.
Dyesol derece hedef moleküllerinin üretimini sağlayan kimyasında atılımlar tarafından teşvik edilmektedir. Bu, bu yeni malzemelerin acil ticari kullanım için bir yol oluşturur."Dye-sensitized solar cell . Dyesol (21 October 2011). Retrieved on 6 January 2012.

Dyesol ve Tata Steel Europe announced in November the targeted development of Grid Parity Competitive BIPV solar steel that does not require government subsidised feed in tariffs. TATA-Dyesol "Solar Steel" Roofing is currently being installed on the Sustainable Building Envelope Centre (SBEC) in Shotton, Wales.Industrialisation Target Confirmed . Dyesol. 21 November 2011DYESOL LIMITED – Dyesol 2011 AGM – Boardroom Radio webcast. Brr.com.au (23 November 2011). Retrieved on 6 January 2012.

2012
Northwestern University researchers announcedTaking Solar Technology Up a Notch  (Northwestern University, Wednesday 23 May 2012) DSSC'nin bir problemine çözüm olarak bir sıvı elektrot kullanılarak daha kısa ömürlü piller üretildi. Bu nanoteknoloji kullanımına ve bir katı, sıvı elektrolit dönüşümü yoluyla elde edilir. Akım verimi silikon hücrenin yaklaşık yarısıdır fakat hücreler hafiftir ve potansiyel olarak daka düşük maliyette üretime elverişlidir.

2013
Son 5-10 yılda, DSSC yeni bir tür geliştirilmiştir - katı hal boya duyarlı güneş hücresi. Bu durumda, sıvı elektrolit birkaç katı delik iletken malzemelerden biri ile değiştirilir. Bu durumda, sıvı elektrolit birkaç katı delik iletken malzemelerden biri ile değiştirilir. 2009 yılından 2013 yılına kadar Solid State DSSC verimliliği önemli ölçüde% 4 den% 15'e yükselmiştir. Michael Graetzel'in bir melez vasıtasıyla ulaştığı% 15.0 verimlilik ile Solid State DSSC 'inperovskit CH3NH3PbI3 boya, sonradan CH3NH3I ve PbI3 içinde ayrılmış çözümleri yatırılır ve CH3NH3PbI3 yapımını duyurdu.

Sanatçı Daniel Schlaepfer ve Catherine Bolle tarafından tasarlanan Romande Energie ortaklığı ile Epfl yeni kongre merkezinde ilk mimari entegrasyonu Toplam yüzey x 35 cm 50 cm 1400 modülleri, 300 metrekare olacak şekildedir.

Pazara girişi
Çoğu ticari ihtiyaç karşılayıcları DSC'nin yakın gelecekte ulaşabilir olacağına söz veriyor.
Dyesol resmî olarak 7 Kasım 2008'de Avustralya'nın Queanbeyan şehrinde güneşe duyarlı boya hücresini üretim kolaylıklarını başlattı. Tata Steel (TATA-Dyesol) ve Pilkington Glass (Dyetec-Solar) tarafından devlet ve DSC BIPV'nib büyük ölçüde imalatı için tanıtıldı. Ayrıca duysal Merck, Umicore, CSIRO ve Japonya ekonomi ve ticaret bakanlığı ile iş ilişkilerine girdi ve TIMO Korea (Dyesol-TIMO)ie Ventula'ya katıldı.Company announcements for DYESOL LIMITED (DYE) Released between 01/01/2010 and 31/12/2010 . Asx.com.au. Retrieved on 6 January 2012.Company announcements for DYESOL LIMITED (DYE) Released between 01/01/2009 and 31/12/2009 . Asx.com.au. Retrieved on 6 January 2012.
1993'ten beri DSC ürünlerinin üretiminde uzmanlaşan İsveç şirketi Solaronix, DSC modüllerinin üretim düzey tarzına ev sahipliği yapmak için öncülerini genişletti."Solaronix announces expansion" , 27 January 2010.
SolarPrint 2008'de doktor Mazhar Bari, Andre Fernon ve Roy Horgan tarafından bulundu. SolarPrint PV teknolojilerinin üretimini içeren ilk İrlanda temelli ticari kuruluştur. Solar print'in benlikleri bugüne kadar DSSC kitle ticarileştirilmesi yasak olan çözücü bazlı elektrolit çözeltisidir.
 Güç yenlikleri 2006'da Büyük Britanya 'da güney Galler'in Cardiff şehrinde bulundu.17 kasım 2007'de filme duyarlı boyanın ilk ticari üretimini iddia etti.Ionic Liquids. basionics.com, November 2008.world’s first . G24i.com (17 October 2007). Retrieved on 26 July 2011.
Sony şirketi güneşe duyarlı boya hücresini 10% enerji verimiyle geliştirdi ki bu da ticari kullanım için gerekli görünen bir seviyedir.
Tasnee Enters Strategic Investment Agreement with Dyesol.LATEST: Tasnee Enters Strategic Investment Agreement with Dyesol . Retrieved on 28 March 2013.

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 

Brian O'Regan's account of the invention of the modern DSSC
Dye Solar Cells for Real , the assembly guide for making your own solar cells
Breakthrough in low-cost efficient solar cells 
DSSC Manual (National Science Foundation)
How to Build Your Own Solar Cell , A Nanocrystalline Dye-Sensitized Solar Cell (DIY)
Global picture for dye-sensitized solar cells.

Solar Cells for Cheap  – 2006 interview with the inventor Michael Grätzel at TechnologyReview
Taking nature’s cue for cheaper solar power  Wayne Campbell's research on using Porphyrin for highly efficient cells

What on earth is a Grätzel solar cell, and why is it so important?  Interview with Dr Wayne Campbell broadcast 21 April 2007


Kategori:Yenilenebilir enerji ekonomisi
Kategori:Morötesi radyasyon
Kategori:İsviçreli icatları