IITH使用'kumkum染料开发低成本环保的太阳能电池

IIT Hyderabad的科学家们开发了一种低成本，环保的太阳能电池，采用现成的染料在制造kumkum或朱红色。根据太阳能期刊上发表的研究报告，染料敏化太阳能电池(DSSC)基于新品红(NF)染料，含有水性电解质和无铂反电极。

理工学院(IIT)海德拉巴物理系的Sai Santosh Kumar Raavi教授指出，目前最熟悉的太阳能电池由硅制成，可以在各种顶板和其他地方看到。然而，这项技术受制于巨大的制造成本，因为硅加工非常昂贵，而且涉及非常高温的方法会留下大量的碳足迹，领导该项目的Raavi告诉PTI。

为了克服使用硅的局限性，IIT Hyderabad团队开始研究基于有机材料的太阳能电池，这些材料据称价格低廉且易于制造。然而，由于有机物(塑料)不太稳固，因此存在阻碍有机光伏技术的许多缺点。为高效DSSC装置开发的许多染料分子非常昂贵并且在摄入时是有毒的。Raavi说，大多数DSSC设备在接触大气水分时往往会降解。

自2010年以来，已经做出很多努力来使用水溶性天然和合成染料来制造水基太阳能电池。在他们的最新作品中，Raavi的团队由来自物理和化学系(IIT Hyderabad)，ARCHEM(海德拉巴大学)NIT Kurukshetra和巴西IFSC-USP的研究人员组成，使用了一种非常便宜的洋红色染料New Fuchsin，它被使用了用姜黄接地时制作kumkum或朱红色。

Raavi说：“它价格便宜，无毒，易溶于水，重要的是在水存在下不会降解。”

染料敏化太阳能电池(DSSC)是第三代基于薄膜有机分子的能量转换装置。

“DSSC从大自然中汲取灵感，几乎模仿植物中光合作用的主要过程，”Raavi解释说。

DSSC由三部分组成：吸附在半导体材料上的单层染料分子，沉积在透明导电氧化物上的二氧化钛(TiO2)，如氧化铟锡(ITO)和具有过量电子的液体电解质。阳光被染料分子吸收并被激发。来自受激染料分子的电子被注入到TiO2的导带中。

“电子被传送到电荷收集器。染料阳离子(在失去其电子之后)从周围的富电子液体电解质中获取电子。反电极通常是镀铂的ITO，“Raavi说。

Raavi指出，DSSCs通常被认为比传统太阳能电池更环保，因为它们几乎不需要制造能源。性能最佳的DSSC使用有机溶剂型液体电解质。这些液体电解质具有各种缺点，例如高蒸气压，毒性和有时爆炸物，除了对铂反电极具有腐蚀性之外还导致严重的环境影响，从而限制了装置的长期稳定性。

“尽管广泛寻找各种替代方案，为解决上述问题，DSSC社区尚未解决的最重要方面之一是通过水分或水污染标准的非质子DSSC系统，”Raavi说。“在这种情况下，专注于染料敏化的太阳能电池，其本质上是在水性介质中优先考虑，”他说。

“鉴于在水性环境中具有成本效益和稳定性，理想的DSSC应由廉价的敏化剂，水基无毒电解质和无铂反电极组成，给出'绿色'光伏器件的真实定义， “拉维说。

他说，最好的设备显示光效转换效率约为3%，这是DSSC与其他具有简单分子结构的天然光敏剂获得的最佳效果。研究人员表示，这种使用NF染料的技术可用于构建集成光伏器件。NF是大多数超市现成的廉价染料，其最纯净的形式每克2美元。

Raavi说，通过在制造过程中选择电池组件，可以实现基于NF染料，含水电解质和无铂反电极的低成本环保型DSSC。“这项工作的想法不是落后于最佳效率。有时，实现最高效设备的成本压倒了开发特定类太阳能电池技术背后的实际动机 - 这是生态友好且价格低廉，“他补充道。