A model for efficient, semiconductor-free solar cells via supersensitized electron transfer cascades in photogalvanic devices.
A model for efficient, semiconductor-free solar cells via supersensitized electron transfer cascades in photogalvanic devices.
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通过光电器件中的超敏电子转移级联实现高效、无半导体太阳能电池的模型。
DOI：
10.1039/c3cp00072a
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Halls JE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Halls JE
这项工作考虑了一种受光合作用启发的再生光电装置的数学模型，该模型适用于瞬态而非完全稳态条件，基于分子电化学而不是涉及半导体的电子转移过程，并且该模型改编自先前开发的实验系统（J. E. Halls 和 J. D. Wadhawan, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 6541）。计算模拟表明，实用上可实现的系统表现为中等范围的光可充电电化学电容器，用于光-电能存储；相比之下，对于由具有快速光诱导电子转移反应的电化学可逆氧化还原对构建的电池来说，作为光-电能转换器（即太阳能电池）的系统性能主要取决于超敏化剂的浓度；最大功率转换效率约在500 nm光、2.4 mW cm−2强度下，典型实验参数忽略欧姆损耗并采用恒电流放电，功率转换效率为6.5%，当超敏剂浓度增加一个数量级（从5.0到50.0 mM）时，功率转换效率能够增加五倍（至约34%）。在 AM 2.0 太阳光谱下，数值模拟表明，该再生系统的一个潜在实用实施例能够实现 4.5% 的太阳能到电能的转换效率——这是一个有吸引力的现实单电池值。
A mathematical model for a photosynthesis-inspired regenerative photogalvanic device, for transient rather than exclusively steady-state conditions, based on molecular electrochemistry rather than electron transfer processes involving semiconductors, is considered within this work and which is adapted from an experimental system previously developed (J. E. Halls and J. D. Wadhawan, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 6541). Computational simulations suggest that pragmatically achievable systems behave as middle-of-the-range photo-rechargeable electrochemical capacitors for light-to-electrical energy storage; in contrast the system performance as a light-to-electrical energy convertor (viz., solar cell), for cells constructed from electrochemically reversible redox couples with fast photo-induced electron transfer reactions is critically dependent on the concentration of the supersensitiser; maximum power conversion efficiency of ca. 6.5% under 500 nm light, 2.4 mW cm−2 intensity for typical experimental parameters, neglecting Ohmic losses, and employing galvanostatic discharge, with a power conversion efficiency that is capable of being increased by a factor of five (to ca. 34%) when the supersensitizer concentration increases by an order of magnitude (from 5.0 to 50.0 mM). Under an AM 2.0 solar spectrum, numerical simulations suggest that one potentially pragmatically achievable embodiment of this regenerative system is able to perform with a solar-to-electrical power conversion efficiency of 4.5% – an attractive realistic single cell value.
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