(DSSC))
7.4.1. Nguyờn lý hoạt động của pin mặt trời tinh thể nano cảm ứng chất màu. chất màu.
Hỡnh 244 là mụ hỡnh thể hiện nguyờn lý hoạt động của DSSC. Ở
trung tõm của hệ là một lớp oxit mao quản trung bỡnh hỡnh thành từ cỏc hạt kớch cỡ nano đó được thiờu kết lại với nhau để cú thể
dẫn điện được. Vật liệu được dựng là TiO2 (dạng anatase), cũng cú thể thay thế bằng cỏc oxớt cú năng lượng vựng cấm cao như ZnO hay Nb2O5. Được gắn với lớp bề mặt tinh thể nano là đơn lớp chất
màu chuyển húa điện tớch. Quỏ trỡnh quang kớch thớch chất màu
dẫn đến sự truyền một electron vào miền dẫn của oxớt. Sự khụi phục trạng thỏi ban đầu của chất màu được thực hiện bởi sự
nhường electron của chất điện ly – thường là một dung mụi hữu cơ
cú chứa một cặp oxy húa khử như I2/I3-. Sự tỏi tạo của chất nhạy húa bởi I3-đó ngăn chặn sự chiếm lại electron trong miền dẫn bằng
chất màu đó bị oxy húa. I3- lại được tỏi tạo bởi sự khử I2ởđiện cực
đối, mạch được khộp kớn nhờ sự truyền electron qua dõy dẫn ngoài. Điện thế tạo ra khi được chiếu sỏng phụ thuộc vào sự khỏc biệt giữa mức Fermi của electron trong chất rắn và thế oxy húa khử của chất điện ly. Toàn bộ thiết bị chuyển húa ỏnh sỏng mặt trời thành năng lượng điện mà khụng cần phải trải qua bất cứ một sự biến đổi húa học lõu dài nào.
Hỡnh 244: Nguyờn lý hoạt động và mụ hỡnh cỏc mức năng lượng của pin mặt trời tinh thể nano cảm ứng chất màu
Sau sự quang kớch thớch chất nhạy húa (S) là sự truyền electron vào miền dẫn của chất bỏn dẫn oxit mao quản trung bỡnh. Phõn tử chất màu
được tỏi tạo lại nhờ hệ oxy húa khử, hệ oxy húa khử lại tự tỏi tạo lại ở điện cực đối lập bằng electron truyền qua mạch ngoài. Cỏc thếđược so với điện cực hydro tiờu chuẩn (NHE). Thế mạch hở của pin mặt trời tương ứng với sự khỏc biệt giữa thế oxy húa khử của chất trung gian và mức Fermi của màng tinh thể nano (đường nột đứt).
Hỡnh 245 là ảnh SEM của màng TiO2 (dạng anatase) điển hỡnh
được tạo thành theo phương phỏp in lưới (screen printing) trờn một tấm thủy tinh dẫn –đúng vai trũ như một cực gúp. Độ dày màng thường là 5 - 20 μm và khối lượng TiO2 vào khoảng 1-4 mg/cm2. Phõn tớch hỡnh vị học cho thấy độ xốp của màng vào khoảng 50-
60%, kớch thước lỗ trung bỡnh vào khoảng 15 nm. Cỏc cấu trỳc
chớnh của tinh thể nano anatase là lưỡng chúp tứ giỏc, giả lập phương và stablike. Theo cỏc phộp đo HRTEM mặt (101) được thể
Một mẫu khỏc gần đõy của DSSC là mẫu đa kết nối được nhạy húa. Chất nhận electron trong mẫu này thường được làm từ một chất bỏn dẫn tinh thể nano phõn cực loại n cú năng lượng vựng cấm rộng, sự trung hũa điện tớch chất màu được tỏi lập bởi một lỗ
trống xuất phỏt từ một chất bỏn dẫn, một chất vụ cơ hay một chất hữu cơ bổ sung, những chất này là những chất phõn cực loại p. Mẫu pin quang điện húa chớnh cú hiệu suất chuyển húa năng lượng cao hơn 10% (AM 1.5) và vẫn đang được cải thiện khụng ngừng, trong khi của thiết bị pha rắn hiệu suất đạt được thấp hơn nhiều.
Hỡnh 245: Ảnh SEM của màng tinh thể nano TiO2 (anatase) dựng trong DSSC
7.4.2. Cấu tạo của DSSC Cấu tạo của DSSC tiờu biểu như hỡnh sau: