Ước lượng thời gian sống của chất màu nhạy quang trên cơ sở đánh giá độ bền của pin mặt trời chất màu nhạy quang, trong đó thừa nhận rằng động học của quá trình phân hủy xảy ra trong pin mặt trời chất màu nhạy quang tương tự như cơ chế được đề nghị trên hình 3.9, phản ứng của TiO2-S+ đơn thuần là phản ứng đơn giản.
Thời gian sống của chất màu nhạy quang có thể ước lượng từ số chu kỳ hoạt động của đơn phân tử chất màu nhạy quang thực hiện trong quá trình hoạt động của pin. Số chu kỳ, N, tính bằng biểu thức (3.9), trong đó kreg là hằng số tốc độ của phản ứng tái tạo chất màu nhạy quang từ TiO2-S+ và I−.
(3.9)
Thời gian sống của pin mặt trời thông thường mong muốn đạt được là 20 năm tương ứng với số chu kỳ mà chất màu nhạy quang cần phải thực hiện là 1108 chu kì. Vì vậy thời gian sống của chất màu nhạy quang N719 có thể ước tính từ biểu thức đơn giản là:
Thời gian sống = 20 năm
Tốc độ tái tạo, kreg, của chất màu nhạy quang N719 gắn trên TiO2 được xác định bằng phương pháp phân tích quang học sử dụng tia laser. kreg trình bày trong các tài liệu khác nhau cho các giá trị khác nhau trong khoảng kreg= 2,1×105M−1 s−1
[35], [40] và 4,3×107 M−1 s−1 [23], [24]. Sự khác biệt lớn trên không được giải thích rõ ràng, tuy nhiên kreg là đại lượng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thí nghiệm. Dựa trên giá trị kreg tham khảo, thời gian sống của pin mặt trời chất màu nhạy quang được ước tính (bảng 3.5), trong đó sử dụng kdeg = 4,1×10−3 s−1 và nồng độ phổ biến của I− trong dung dịch điện ly cho DSC là 0,5 M.
Bảng 3. 5. Ước lượng thời gian sống của N719 dưới điều kiện hoạt động của pin mặt
trời chất nhạy quang, sử dụng kdeg = 4,1×10−3 s−1, nồng độ [I−] = 0,5 M
kreg Số chu kì N Thời gian sống, năm
2,1× 105 s−1 2,5 ×107 5
4,3 × 107 s−1 5,2 ×109 1040
Thời gian sống ước lượng của N719 khác biệt nhau khá lớn do phụ thuộc vào tốc độ tái hợp. Thời gian sống tính từ giá trị hằng số tốc độ tái hợp trung bình là 54 năm.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Sản phẩm thế [Ru(H2dcbpy)(Hdcbpy)(NCS)(4-TBP)] được tìm thấy trong quá trình quang hóa dung dịch keo TiO2-N719 khi có sự hiện diện của chất phụ gia dung dịch điện ly 4-TBP. Tại cường độ chiếu sáng không đổi, tổng hiệu suất lượng tử của năm sản phẩm phân hủy [Ru(H2dcbpy)(Hdcbpy)(NCS)(4-TBP)] [Ru(H2dcbpy)2(NCS)(CN)], [Ru(H2dcbpy)(Hdcbpy)(NCS)(CH3CN)], [Ru(H2dcbpy) (Hdcbpy)(NCS)(H2O)], [Ru(H2dcbpy)2(CN)2] là hằng số. Chứng tỏ rằng cơ chế của phản ứng qua giai đoạn trung gian và chất trung gian được đề nghị là gốc tự do [RuII(H2dcbpy)2(NCS)(NCS·)]+. Hằng số tốc độ của phản ứng phân hủy là kdeg = 4,1×10−3 s−1 không phụ thuộc vào nồng độ của 4-TBP tại nhiệt độ phòng vì thế không làm suy giảm thời gian sống của chất màu nhạy quang. Tóm lại việc mô hình hóa cơ chế phân hủy chất màu nhạy quang bằng cơ chế các phản ứng hóa học, cho phép ước lượng độ bền sử dụng của pin quang điện chất màu nhạy quang dưới tác dụng của ánh sáng ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên trong điều kiện hoạt động thực tế quá trình thoái hóa chất màu nhạy quang còn xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nữa. Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng đến sự suy giảm tuổi thọ của pin cũng rất được quan tâm nghiên cứu và là một trong những chỉ tiêu sử dụng để đánh giá độ bền của pin mặt trời chất nhạy quang.
CHƯƠNG 4
PHÂN HỦY NHIỆT CỦA CHẤT MÀU NHẠY QUANG N719 VÀ D520