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染料敏化太阳能电池的研究
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染料敏化太阳能电池的研究
论文目录&致谢第1-6 页 中文摘要第6-7 页 ABSTRACT第7-8 页 序第8-11 页 目录第11 页 1 引言第11-13 页 　　· 研究背景第11-12 页 　　· 研究设想第12-13 页 2 绪论第13-28 页 　　· 太阳能电池概述第13-15 页 　　　　· 太阳能发电方式第13 页 　　　　· 太阳能电池的分类第13-15 页 　　· 染料敏化太阳电池结构和工作原理第15-25 页 　　　　· 纳米晶体TiO_2电极第17-20 页 　　　　· 敏化染料第20-22 页 　　　　· 电解质第22-24 页 　　　　· 对电极第24-25 页 　　· 染料敏化太阳能电池的研究历史与研究现状第25-26 页 　　　　· 研究历史第25 页 　　　　· 研究现状第25-26 页 　　· 染料敏化太阳能电池发展前景与存在的问题第26-28 页 3 实验过程与表征、测试方法第28-36 页 　　· 实验设备与材料第28-29 页 　　　　· 制备器件用设备与材料第28-29 页 　　　　· 表征测试用仪器与材料第29 页 　　· 实验流程第29-33 页 　　　　· 溶液的配置第29-30 页 　　　　· DSC器件的制备第30-33 页 　　· DSC电池性能指标与测试第33-34 页 　　· 其它表征与测试第34-36 页 4 不同成膜方法对DSC器件特性影响第36-44 页 　　· 实验方案第36 页 　　· 实验结果第36-40 页 　　　　· 薄膜的SEM表征第36-37 页 　　　　· 纳米TiO_2薄膜的晶体结构第37-38 页 　　　　· 电池性能测试及计算第38-40 页 　　· 讨论与分析第40-42 页 　　　　· 单层TiO_2薄膜DSC器件第40-41 页 　　　　· 叠层TiO_2薄膜DSC器件第41 页 　　　　· 纳米TiO_2薄膜分析第41-42 页 　　· 本章小结第42-44 页 5 紫外照射处理对DSC影响第44-50 页 　　· 实验方案第44 页 　　　　· 紫外处理第44 页 　　　　· 能级测试第44 页 　　· 电池性能测试与分析第44-46 页 　　· 紫外照射处理对染料能级的影响第46-48 页 　　· 讨论第48-49 页 　　· 本章小结第49-50 页 6 结论第50-51 页 参考文献第51-54 页 作者简历第54-56 页 学位论文数据集第56页
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染料敏化太阳能电池小知识
文章来源：上海硅酸盐研究所
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你知道太阳每年可以为地球提供多少能量吗？
你知道地球上人类一年工业生产和人们的生活活动一共需要多少能量吗？
那么你知道染料敏化太阳能电池可以扮演什么角色吗？
什么是太阳能电池？
太阳能电池只是利用太阳光发电的方式，目前使用的太阳能电池主要是多晶硅、单晶硅太阳能电池。染料敏化太阳嫩电池是近几年研究非常热门并且逐步走向实用化的一种太阳能技术。
太阳究竟赋予了地球多少能量？
太阳能在我们三分之二的国土上, 年辐射量超过60万焦耳/平方厘米, 每年地表吸收的太阳能大约相当于17万亿吨标准煤的能量。（中国煤炭的总储量为约6000亿吨）换句话说每年地表吸收的太阳能可以相当于280多倍中国的煤炭总储量。
太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，这种免费洁净的能源是地球发展的可靠保证。据统计地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求了。?
什么是染料敏化太阳能电池？
“染料敏化太阳能电池”全称为“染料敏化纳米薄膜太阳能电池 ”，是模拟自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的纳米多孔二氧化钛半导体膜作为光阳极，并选用适当的氧化－还原电解质，用镀铂的导电玻璃作为光阴极，这样一个简单的染料敏化太阳电池就做好了。只要太阳光一照到电池上，它就会源源不断的开始发电了。
太阳能电池的优点
太阳能发电具有安全可靠、无噪声、无污染、不消耗原材料、不必架设高压输电线路、建站周期短、规模可大可小、可以无人值守等一系列优点。
特别对于偏远地区的居民供电，或者野外科考、野外作业、军事指挥临时系统的稳定供电具有非常 便利的优点。
单多晶硅太阳电池的缺点
目前，进入应用领域的太阳电池主要以硅电池为主，由于其苛刻的生产工艺，使得生产成本一直居高不下，为20-40元/峰瓦，只能在军事和必不可少的通讯领域内应用，无法在广大的农村以及城市居民中推广应用； 因而只能作为一种必要的紧急用电的补充，不可能成为一种主要的发电手段和能源供应形式。
染料敏化太阳电池的优点
从经济角度来讲，若批量生产，电池的成本在5—10元/(峰瓦)左右[3]，而普通的硅电池在20-40元/(峰瓦)，因而染料敏化太阳能电池电池非常适合批量生产，满足城市居民以及广大农村的需要，特别是对我国近七千万边远地区人口的用电具有实际的意义。
战略角度来讲，我国是一个能源的消耗大国，特别是电力的短缺严重影响我国的经济持续稳定发展。但是无论是核电还是火电所需要的燃料都是非常有限的，发电的同时也给环境造成了严重的污染。因此我国尤其应当注重太阳能这种可再生绿色能源的开发与利用。为经济、环境、社会的协调发展奠定良好的基础。
从实用性角度来讲，从染料敏化太阳能电池的结构可以看出，电池是由透明导电玻璃及有一定颜色的染料和电解质构成，且带一定颜色，所以可以通过适当选择染料和电解质的颜色及TiO2膜的厚度来控制整个电池的透光率，这样可以把电池用作窗户玻璃，即透光又可当电池用。
染料敏化太阳能电池结构和工作原理
染料敏化太阳电池结构示意图
⑴ 染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态；
⑵ 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中；
⑶ 电子扩散至导电基底，后流入外电路中；
⑷ 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生；
⑸ 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环；
⑹ 和 ⑺ 分别为注入到TiO2导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合
研究结果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输；染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上；染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSSC的光子俘获量的关键因素。
手工制作简单太阳能电池
在听完染料敏化太阳电池的简单介绍后，您一定对这种新型的绿色能源非常感兴趣，那么你是不是想自己动手制作一块自己的太阳能池呢？闲话少叙那么下面就跟着我们进行染料敏化太阳电池的制作吧！
第一步：二氧化钛膜的制备
把二氧化钛胶体涂敷在透明导电玻璃上。用酒精灯烤干。
第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色　
把新鲜的或冰冻的黑莓、山莓石榴籽或红茶，用一大汤匙的水进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5分钟，最后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。
第三步：制作对电极
电池既需要光阳极，又要一个对电极才能工作。对电极又叫反电极，是由涂有导电的SnO2膜层组成的，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的哪一面是导电的，利用手指也可以作出判断，导电面较为粗糙。把非导电面标上‘+’，然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。
第四步：注入电解质
注入含碘和碘离子的溶液作为太阳电池的电解质，它主要用于还原和再生染料。
第五步：组装电池
把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把反电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，以便利用暴露在外面的部分作为电极的测试用。利用两个夹子把电池夹住，这样，你的太阳能电池就作成了。在室外太阳光下，可以获得开路电压0.43V ，短路电流1mA/cm2的自己做的太阳电池。
夸父逐日的故事已经过去了几千年，但是依然激励着华夏儿女在今天对太阳不屈不挠的追求，利用太阳能，发展太阳能，利用太阳发电成为许许多多华夏儿女以及其他国家科学家的热切追求。因为只需要将地球上0.3％的面积上铺上太阳能电池（光电转化效率10％）就可以收集足够的能量供应地球居民全部的能量需求！
希望十年后当你搬入新家时，当你看到淡褐色的窗玻璃时，别忘了它正在静静为你发电，从此不必交电费。
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染料敏化电池原理是什么
提问者：袁红叶|
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回答数：59247
| 被采纳数：499
染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M.
Grtzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。
染料敏化太阳电池结构示意图
染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态;
处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中;
电子扩散至导电基底，后流入外电路中;
处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生;
氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环;
分别为注入到TiO2
导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合
研究结果表明:只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输;染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上;染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚，有待于进一步研究。
回答数：307
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染料敏化太阳能电池的结构与工作原理
染料敏化太阳能电池主要由表面吸附了染料敏化剂的半导体电极、电解质、Pt对电极组成，其结构如图1一1
当有入射光时，染料敏化剂首先被激发，处于激发态的染料敏化剂电子注入半导体的导带。氧化态的染料敏化剂被中继电解质所还原，中继分子扩散至对电极充电。这样，开路时两极产生光。
回答数：539
| 被采纳数：0
主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为染料敏化太阳能电池的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-
回答数：27129
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染料敏化太阳电池结构示意图
⑴ 染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态；
⑵ 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中；
⑶ 电子扩散至导电基底，后流入外电路中；
⑷ 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生；
⑸ 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环；
⑹ 和 ⑺ 分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合
研究结果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输；染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上；染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚，有待于进一步研究。
回答数：9311
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染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理， 染料敏化太阳能电池具有类似三明治的结构，将纳米二氧化钛烧结在导电玻璃上，再将光敏染料镶嵌在多孔纳米二氧化钛表面形成工作电极，在工作电极和对电极(通常为担载了催化量铂或者碳的导电玻璃)之间是含有氧化还原物质对(常用I2和I-) 的液体电解质，它浸入纳米二氧化钛的孔穴与光敏染料接触。在入射光的照射下，镶嵌在纳米二氧化钛表面的光敏染料吸收光子，跃迁到激发态，然后向二氧化钛的导带注入电子，染料成为氧化态的正离子，电子通过外电路形成电流到对电极，染料正离子接受电解质溶液中还原剂的电子，还原为最初染料，而电解质中的氧化剂扩散到对电极得到电子而使还原剂得到再生，形成一个完整的循环，在整个过程中，表观上化学物质没有发生变化，而光能转化成了电能。}