A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films

材料科学 光伏系统 能量转换效率 太阳能电池 太阳能 二氧化钛 能量转换 发电 光电子学 光学 电气工程 复合材料 工程类 功率(物理) 热力学 物理 量子力学
作者
Brian C. O’Regan,Michaël Grätzel
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:353 (6346): 737-740 被引量:28000
标识
DOI:10.1038/353737a0
摘要

THE large-scale use of photovoltaic devices for electricity generation is prohibitively expensive at present: generation from existing commercial devices costs about ten times more than conventional methods1. Here we describe a photovoltaic cell, created from low-to medium-purity materials through low-cost processes, which exhibits a commercially realistic energy-conversion efficiency. The device is based on a 10-µm-thick, optically transparent film of titanium dioxide particles a few nanometres in size, coated with a monolayer of a charge-transfer dye to sensitize the film for light harvesting. Because of the high surface area of the semiconductor film and the ideal spectral characteristics of the dye, the device harvests a high proportion of the incident solar energy flux (46%) and shows exceptionally high efficiencies for the conversion of incident photons to electrical current (more than 80%). The overall light-to-electric energy conversion yield is 7.1-7.9% in simulated solar light and 12% in diffuse daylight. The large current densities (greater than 12 mA cm-2) and exceptional stability (sustaining at least five million turnovers without decomposition), as well as the low cost, make practical applications feasible.
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