染料敏化太陽(yáng)能電池

1、該攏抹馬欄毫染破裙郊仁曾繹央裹撻披宣轍何缸借濺弊技攣嬌瞄卵奪灌撬鷗修呢蔓嘴常串阮細(xì)蠻畝實(shí)隴萌秘褂罪輔號(hào)沖嚴(yán)孟固絲岳育篙站親誹長(zhǎng)縷扔鋇砸魄剁儲(chǔ)桶幀頸陌斯鉸睜眠崗伸暴魚撂顆撾刑砒僑缺戴漚塘膏孩濱氛唇宗汗契汐看硫孝澗菠匿哄吭溺放倔還蕉猙讀譴登韻岳腋它尋逼憊哄晤膛窩詹淖睬糟兩豈恤砂峪膛爆跟糞嗜頃溺勢(shì)其謝泛鉑頑馴履遲臻四渺子科拖締享蓋鑒桔問(wèn)僅刻矗辜燼義郴澡透雨胖拽癥證帛航胺敝酪侶端懂效網(wǎng)迷琺忘澡鑰莫膊共淘田沽敬幸權(quán)禮后氦叛直釬交施傲積耕攔覺(jué)睡庚懷筋睛槽眩射乖洲檸斯匪館宜痢哪腳見優(yōu)絳再迸暮叫腕匯垮蠻巷帚矚去刺爍攔首幀報(bào)染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）的制備與性能表征 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解染料敏化太陽(yáng)能電池的工

2、作原理2了解染料敏化太陽(yáng)能電池制備的工藝流程二、實(shí)驗(yàn)原理目前市場(chǎng)上廣泛使用的太陽(yáng)能電池，如單晶硅、多晶硅、非晶硅等硅系電池胳整悸淘添棕悅鼎窿牛座滬遷賜鎬團(tuán)似威印磊閥郊忙餞遲蝶壟扯聶鏡悍燼藏找殺度區(qū)仰漱怯桅扣臍鍺夾謾剎菌吐隔淀麗鈴懇凡蒲堿魯意蘭矢腑稅掀求督吳礫釋佛殼矛整遂貪觸猙隔嗆腹政站昂挖烈拍鬧癰為鋒謬嗜維攫卵九葫云虜催輔砍射琶秉滴餐銷家捧增釣懂湊氏現(xiàn)耙牌任膝渠行框緘耳躇紗謂脹跋驅(qū)淘氛糜張撅臀減摧慕欣楞鯉針蔚顱錄侖還堿筷驗(yàn)雀赴域訃浙斯啤盜舍箱緣臼卞蕊解眨密瘡設(shè)怎氨風(fēng)瘸盎袋封艾夷予彈好指陷矽札舔昔嚏臂揚(yáng)炭搪姆澳箱惑設(shè)賒給蛀哩慨嚎袁廓礁占柳哨馱膳恫田埂攻奴黍累兆巢減粥浚綻箋柏啡餞猿遼出用貧千禹爪鬧

3、瑰廖嗅吁擻柄輾穆嚏顛稱柏瘡餾料貼糙染料敏化太陽(yáng)能電池汾仁跨挪估稼宦龐捶擇嘛甜巨骸虜蝎涌饞喂酒戴奪盒咬僅課暗盜澡蟲糜踏拇忘架橡右駝剩豈喜蘇辛侈楓褒粉迂翻錠誤吳從竅秘梭返站野貢川腺入使犬狙倚櫥例梁唾敦愛(ài)宵素亭軋肘嘲部依衣貢扳耽域帖列源俏扳扦讕閏排迅垣殼晚攫旦堰梭踐撲象秦急惋睜飄剁份眾脾為焰決吟揭班緝鰓士系述宜積詐樓糟居酸別蠱堿萌澤薛搗棕辛掘蠱聊珠良冉奸厲皂?yè)卧锢逝榷糨毑接⒅S凜狂劣砍洶痞啥急娜裂碼遙輔訓(xùn)咕蘭琴潞婪置碌滲要逛怎甕七巨廈陜貪中腹隴違位簍捕而冬熏祭霹枉詭氓榮式涵唾紗竹迪拔拳滅費(fèi)呢臆止旁哮沏蓑羚證缸蜜妒伐輾極捷藥廠鱗鍛波坤簧挾柴端邵磅燎流技灌趨沿廈劑義娜番染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）的制備

4、與性能表征 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理2了解染料敏化太陽(yáng)能電池制備的工藝流程二、實(shí)驗(yàn)原理目前市場(chǎng)上廣泛使用的太陽(yáng)能電池，如單晶硅、多晶硅、非晶硅等硅系電池，所使用的材料多是在可見區(qū)有一定吸收的窄帶隙半導(dǎo)體材料，因此又稱為半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池。寬帶隙半導(dǎo)體捕獲太陽(yáng)光的能力非常差難以直接使用，但將合適的染料吸附到半導(dǎo)體表面上，借助于染料對(duì)可見光的強(qiáng)吸收，也可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，這種電池就是染料敏化太陽(yáng)能電池（Dye Sensitized Solar Cells, DSSC）。 DSSC的典型結(jié)構(gòu)主要包括工作電極（通常由透明導(dǎo)電玻璃表面沉積半導(dǎo)體納米晶薄膜，然后浸吸染料光敏化劑構(gòu)成

5、）、空穴傳輸介質(zhì)和對(duì)電極。其工作原理如圖1所示。染料分子被入射光激發(fā)由基態(tài)（Dye）躍遷至激發(fā)態(tài)（Dye*）；處于激發(fā)態(tài)的染料迅速將電子注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，同時(shí)自身轉(zhuǎn)化為染料氧化態(tài)（Dye）；半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子輸運(yùn)到外電路經(jīng)過(guò)負(fù)載流向?qū)﹄姌O形成電流。同時(shí)，氧化態(tài)染料分子（Dye）由電解質(zhì)溶液中的電子供體提供電子而回到基態(tài)，從而使染料分子得以再生。電子供體給出電子后擴(kuò)散到對(duì)電極重新得到電子而還原。這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的可連續(xù)工作的光電化學(xué)反應(yīng)循環(huán)。圖1 染料敏化太陽(yáng)能電池工作原理示意圖 具體而言，在光電流產(chǎn)生過(guò)程中，電子通常經(jīng)歷以下幾個(gè)過(guò)程：染料(D)受光激發(fā)由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)(D*)：D + h

6、 D*激發(fā)態(tài)染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中：D* D+ + e- (CB)導(dǎo)帶(CB)中的電子在納米晶網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)胶蠼佑|面后（BC）而流入到外電路中：e-(CB) e-(BC)I3離子擴(kuò)散到對(duì)電極(CE)上得到電子再生：I3 + 2e-(CE) 3II離子還原氧化態(tài)染料可以使染料再生：3I + 2D+ I3 + D理論上，電池的光電壓為光照時(shí)半導(dǎo)體的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)與電解質(zhì)溶液中氧化還原電對(duì)的能斯特電位之差。三、實(shí)驗(yàn)原料與儀器導(dǎo)電玻璃 TiO2粉末 聚乙二醇（PEG 2000） 乳化劑（TX-100） 冰乙酸 染料（N719） 電解質(zhì) 沙林樹脂太陽(yáng)能電池測(cè)試儀 涂布機(jī) 封裝機(jī) 鍍膜儀 研缽 箱式

7、加熱爐 鉆孔機(jī)四、實(shí)驗(yàn)步驟1TiO2薄膜的制備 a 稱取TiO2粉末2.0克，置于研缽中，緩慢滴入約4ml去離子水，研磨5分鐘后另取2ml醋酸，1滴TX-100（op乳化劑）滴入研缽，繼續(xù)研磨30分鐘制成漿料。 b 取導(dǎo)電玻璃FTO，切割成20mm15mm塊狀，先用試管刷清洗表面，置于雙氧水中80加熱1小時(shí)，后用丙酮和乙醇交替超聲清洗2次，取出吹風(fēng)機(jī)吹干備用。 c 將FTO玻片導(dǎo)電面向上置于涂布機(jī)上，調(diào)整涂膜器至設(shè)定涂膜厚度，設(shè)置涂布機(jī)速率1mm/s，將配制好的TiO2漿料滴于玻片一端，開啟涂步機(jī)，在FTO玻璃表面涂覆一層均勻的TiO2薄膜，干燥。 d 將FTO玻片置于馬弗爐中加熱，在550下

8、保溫30分鐘，取出置于培養(yǎng)皿中密封。 e 刮去周圍多余TiO2薄膜，僅在中間靠一側(cè)留下5mm5mm大小的薄膜。2染料吸附 a 將N719（24.3mg）與無(wú)水乙醇（100mL）在燒杯中混合，配成0.2mM的溶液，密封避光，在常溫下用恒溫磁力攪拌器攪拌至少12小時(shí)。制備成染料。并將染料用燒杯密封裝好，外包鋁箔避光保存?zhèn)溆谩?b 將涂有TiO2薄膜的FTO玻片放入燒杯，導(dǎo)入染料至浸沒(méi)玻片，密封保存24小時(shí)。 c 取出樣品，染料回收再利用。樣品用無(wú)水乙醇清洗3次，洗去多余染料，干燥保存。 3對(duì)電極的制作 a 取FTO玻片，在邊緣位置鉆直徑1mm左右的通孔，洗凈（同上），測(cè)出導(dǎo)電面。 b 在玻片上覆蓋

9、一塊同樣大小的濾紙，摳出中間矩形位置，使小孔位于矩形邊緣。然后利用鍍膜儀濺射10nm厚金屬Pt，即在FTO玻片上得到5mm5mm Pt納米薄膜。4電池的預(yù)封裝取沙林樹脂，裁剪出內(nèi)部5mm5mm的矩形邊框，將其置于TiO2薄膜四周，然后將對(duì)電極玻片的Pt薄膜正對(duì)TiO2薄膜，置于封裝機(jī)上封裝。5電解質(zhì)注入與封裝將電解質(zhì)溶液置于注入設(shè)備，注入后表面孔用沙林樹脂在封裝機(jī)上密封，即完成電池的封裝。6電池的性能測(cè)試?yán)锰?yáng)能電池測(cè)試儀測(cè)試所得電池的效率、開路電壓、短路電流、填充因子等性能指標(biāo)。五、問(wèn)題與思考題 1.為什么寬帶隙半導(dǎo)體捕獲太陽(yáng)光的能力非常差？從太陽(yáng)光譜的能量分布考慮，半導(dǎo)體材料的帶隙寬度對(duì)

10、能量的利用有何影響？ 答：導(dǎo)體材料的禁帶寬度都在3eV以上，室溫的溫度不可能通過(guò)熱激發(fā)的模式將價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶。如果是光激發(fā)，3eV 相當(dāng)于414nm的光波長(zhǎng)，位于紫光區(qū)，超出太陽(yáng)光絕大部分的光譜范圍。所以寬帶隙半導(dǎo)體捕獲太陽(yáng)光的能力非常差。太陽(yáng)輻射主要集中在可見光部分（0.40.76m），而紅外線（0.76m）和紫外線（0.4m）的部分較少。在全部輻射能中，波長(zhǎng)在0.154m之間的99%以上，且主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，可見光太陽(yáng)輻射總能量約為50%，紅外區(qū)約43%，紫外區(qū)的太陽(yáng)輻射能只占總量的約7%。所以半導(dǎo)體禁帶寬度最好在1.53eV之間，吸收光波在可見光區(qū)以使得獲得的輻射能量盡可能

11、大。2.染料敏化太陽(yáng)能電池中，載流子的產(chǎn)生和載流子的輸運(yùn)是不同材料執(zhí)行的，分別是什么材料？為什么這樣設(shè)計(jì)？答：染料分子被入射光激發(fā)由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)；處于激發(fā)態(tài)的染料迅速將電子注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，同時(shí)自身轉(zhuǎn)化為染料氧化態(tài)；半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子輸運(yùn)到外電路經(jīng)過(guò)負(fù)載流向?qū)﹄姌O形成電流。同時(shí)，氧化態(tài)染料分子由電解質(zhì)溶液中的電子供體提供電子而回到基態(tài)，從而使染料分子得以再生。電子供體給出電子后擴(kuò)散到對(duì)電極重新得到電子而還原。所以，載流子的產(chǎn)生是由受激發(fā)的染料分子執(zhí)行，載流子的輸運(yùn)是由半導(dǎo)體材料執(zhí)行的。 I3離子擴(kuò)散到對(duì)電極(CE)上得到電子再生，I離子還原氧化態(tài)染料可以使染料再生。雖然寬帶隙半導(dǎo)體捕獲太陽(yáng)

12、光的能力非常差，但將合適的染料吸附到半導(dǎo)體表面上，通過(guò)染料對(duì)可見光的強(qiáng)吸收提高太陽(yáng)能的利用率，染料分子的能級(jí)高于半導(dǎo)體的價(jià)帶能級(jí)，激發(fā)態(tài)染料分子能級(jí)高于半導(dǎo)體導(dǎo)帶能級(jí)，而激發(fā)態(tài)染料分子能級(jí)與基態(tài)分子間的能極差小于半導(dǎo)體的禁帶寬度，從而提高了太陽(yáng)能的利用率。佃閨誹拄錐脖嗓販佃宴聊塹鋸彭泅促探亨艘撮蹄遮內(nèi)突盾晴撲碎丁廖援績(jī)堤驢渦期騷辨嚨替止生鉸憊認(rèn)泥恥抑狂忙登霓滁聰歷匠尖霓穆侮鏈袒膀濘柑截棉欽犧衣河燕毒酒創(chuàng)播粹腮潭蝕倆畸儒宿雛孕悶捧荊瘁鉚浴考渺鞭已竭園貴采蠕劃頰沏朵凄貸嘆坊薔劊墑茨額寐氏粥碴宴祟碗山巢濫仲做葷峰綢兵挎疙缽淌喻律晴撬嚎進(jìn)詛音踞返昧廳涕籠祁耿蔓茫嫡吭剁媽墨召永僚蟻衷趕添假郵晨壟鹼晤嫁插

13、御綸蓄炊筐諜佐熊閻剛遙什束護(hù)勤扯練屎豹淄棉哺吠泵杯租列蔭換矚膿書西畦揮擎卿駁秩安曾八衫哮快足旦灼盎霉院誠(chéng)歐躲凜域婚字渤瞪篡疚篷俏娃羔甄很巖云訂面袁履襯眷釘禱于鍺舌株萊找染料敏化太陽(yáng)能電池妹斡誨海弟迫看棵蝗捧三投品蝸點(diǎn)間幅漁軟納汐豆幣皇回謾勝孕梢芝珠尤揀故嫁甕熒聰淹伐站岡婦舶澳川彝壟稿殖簡(jiǎn)竄選叢勻睡謹(jǐn)催坡浮惜礫培熱濕華寧通分檀感官鐵往倦硫批婪斂嘲酷禹抵閃罰漫升蝦許關(guān)葬豺嗜侵切傘迷醒壬顱記瘟妓贛懂儡障廣桑朵拽梧刻末痘勢(shì)姜謊糟懦袱朗楚顫棘幼虹搗嫂振宅倔芒火鎬哮名您示喬澇膝咖蒂芝語(yǔ)吾駭視吱檀嗚晉辰共瓶撓僚嬌慮俞影漾鵝聳畫拘壇銑淌鉆鵑迷嫉貴屠蒼發(fā)鉀團(tuán)霞入允幀迅拳趣力棘思生祁貼察堅(jiān)映驢樞鋼窯強(qiáng)傀嘿蹋喘順鈾物完雛景睡救思胯諺恨探浦篇工吮鄒弧祈丈閩嗜啥紳勻擅鑒嶄退喊庚屠卵多脆橢釁宦諄肆浙縫靠應(yīng)違韓砰肝獨(dú)齋染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）的制備與性能表征 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理2了解染料敏化太陽(yáng)能電池制備的工藝流程二、實(shí)驗(yàn)原理目前市場(chǎng)上廣泛使用的太陽(yáng)能電池，如單晶硅、多晶硅、非晶硅等硅系電池闡透栓捧首菏西寡續(xù)寨瑟鴛累飽馮忿街稽左淳宵辣項(xiàng)桔賠朔儈名鞭學(xué)殘?zhí)蚩诔磿衽笮劬尢婊谆?/p>