纳米tio2染料敏化太阳能电池研究进展

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1、纳米TiO2染料敏化太阳能电池研究进展姓名学号学院：班级：摘要：介绍染料敏化纳米晶tio2太阳能电池的结构及其原理，对影响其光电转换效率的关键因素，介绍一种染料敏化tio2太阳能电池的手工制作方法，纳米tio2染料敏化太阳能电池的发展方向。关键字：tio2；太阳能电池；染料敏化，纳米薄膜。1、引言当今世界能源危机越来越突出了，成为人类在21世纪面临的俩大挑战之一。开发和寻找一种可再生的绿色能源显得异常重要，尤其是随着全球温室效应的加剧，化学能源的消耗必须得到一定的控制，这就极大的阻碍了全球的发展。而太阳能这一巨大的能

2、源就备受各国科学家青睐。如今各个国家都投入大量的精力来发展太阳能电池，而作为一种新型的科学技术——纳米材料自然而然的被运用到研究太阳能电池上来，这就有了纳米tio2染料敏化太阳能电池。Tio2染料敏化电池（Dye-sensitizedSolarCell,简称DSSC）彻底抛弃摈弃了传统的硅电池工艺，其最大优势是廉价的成本以及非常简单的制作工艺，应持有了很好的应用前景，其制备与应用研究受到各国学术界的重视，并成为化学和材料科学研究的前沿领域。2．染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的结构及其原理2.·1染料敏化电池的基本结

3、构主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对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、SnO2ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC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-2·2染料敏化电池的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

4、（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。与光合作用中心叶绿体结构相比，

5、染料敏化太阳能电池具有类似的结构。它的纳米晶半导体网络结构相当于叶绿体中的类囊体，起着支撑染料敏化剂分子、增加吸收太阳光的面积和传递电子的作用；染料敏化剂分子则相当于叶绿体中的叶绿素，起着吸收太阳光光子的作用。和光合作用一样，基于纳米晶电极的太阳能电池构成了由太阳光驱动的分子电子泵。模拟植物光合作用原理制造太阳能电池一直是人类的一个梦想，经过近二十年的发展，这一梦想越来越接近于实现并造福人类社会。3对影响其光电转换效率的关键因素3·1TiO2纳米多孔膜TiO2纳米多孔膜具有孔隙率高、比表面积大的优点，他是整个太阳能电

6、池的关键，其性能的好坏直接关系到太阳能电池的效率。TiO2晶粒大小、形状、相组成或表面修饰以及其他成分的掺杂对其性质和功能有显著影响。制备具有高比较面积和优良电子传输性能的纳米半导体材料，是保证电池获得较大电流密度和较高光电转化效率的前提3·2染料敏化剂Tio2薄膜属于宽禁带半导体，只能吸收387mm以下的光，不能吸收太阳中占大部分的可见光，捕获太阳光的能力非常差。采用染料敏化剂方法制备的光电化学太阳能电池，不但可以克服半导体本身只吸收紫外光的缺点，使得电池对可见光谱的吸收大大增加，并且可通过改变染料的种类得到理想的

7、光电化学太阳能电池。染料催化剂的作用就是吸收可见光，将电子注入半导体，并从电解质中接受电子，重新还原，整个过程不断循环。3·3电解质Dscs电池中点解质的主要作用就是在光电极与对电极之间运载电荷，并使氧化钛染料还原而重生。目前用于Dscs的电解质有两大类：液态电解质和固态电解质。液态电解质常选用的氧化还原对为I3-/I-.由于液态电解质扩散速率快，组成成分易调节，对纳米多孔膜的渗透性好，因而利用液态电解质得到了效率最高的Dscs电池，其转换率为11·04%。但它存在容易导致吸附在薄膜上的染料解吸，影响电池的稳定性密封

8、工艺复杂；电解质本身不稳定，易发生化学变化，从而导致太阳能电池的失败。而固态电解质就能解决这类问题。目前典型的固态电解质有：P型半导体材料、空穴传输有机分子材料及固体复合电解质。4、一种染料敏化tio2太阳能电池的手工制作方法1.制作二氧化钛膜(1)先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨(2)接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜(3)把二