研究染料敏化纳米晶太阳电池设计

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1、枣庄职业学院毕业设计（论文）研究染料敏化纳米晶太阳电池系部应用化工系专业应用化工技术班级08级高职三班2011年5月摘要进入21世纪的我们对电源的需求越来越高。太阳能电池作为一种新能源,由于具有广泛性、清洁性、安全性等优点,因而被大家视为最理想的电池。染料敏化剂的性能是影响染料敏化太阳能电池光电转化效率的重要因素,关于染料敏化剂的研究是当前研究的热点之一。本论文从染料敏化纳米晶太阳能电池阳极的制备及其染料共敏化方面进行了研究。首选，本论文在总结染料敏化纳米晶太阳能电池工作原理、效率的提高和最新发展的基础上，用溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)制备了锐钛矿晶型的纳米晶多孔

2、TiO2粉体。通过改变制备TiO2的溶胶前驱液中表面活性剂(PEG)的量、pH值以及加水量来确定合适的前驱物组分含量，以达到提高TiO2颗粒的表面粗糙程度和颗粒间的孔隙率，减小TiO2颗粒粒径，从而提高纳米晶多孔TiO2薄膜电极比表面积、膜的孔洞率，进而达到增加染料吸附量的目的。同时，对所制备的纳米晶TiO2粉体在不同温度下煅烧，确定了生成锐钛矿型纳米晶多孔TiO2导电薄膜的最佳煅烧温度。其次，用Sol-Gel法制备了锐钛矿晶型的纳米晶多孔TiO2半导体电极。通过扫描电镜分析，进一步探讨了制备理想电极的条件。最后，以降低染料成本，提高光谱吸收范围和吸光度为目标，选择低

3、成本的有机染料曙红Y、香豆素、玫瑰红进行双染料共敏化实验，证实了吸收光谱的拓宽和光吸收率的增加，最终确定了理想的共敏化染料。关键词Sol-Gel法染料敏化锐钛矿纳米级多孔TiO2目录·绪论…………………………………………………………………4·第一章太阳能电池·1.1太阳能电池的工作原理………………………………………………………5·1.2太阳能电池的种类和研究进展………………………………………………6·第二章DSSC的结构和基本原理·2.1DSSC的结构……………………………………………………………………7·2.2DSSC的基本原理…………………………………………………

4、……………8·2.3基本概念………………………………………………………………………9·第三章纳米晶TiO2膜电极·3.1纳米晶TiO2膜………………………………………………………………10·3.2晶型和粒径可控的纳米TiO2的制备………………………………………11·3.3纳米TiO2多孔膜的制备……………………………………………………12·3.4电极的表面修饰……………………………………………………………13·第四章染料敏化剂和电解质·4.1染料敏化剂…………………………………………………………………14·4.2电解质…………………………………………………………………

5、……16·第五章论文的研究内容和目标…………………………………………19致谢………………………………………………………………………………21参考文献………………………………………………………………………22研究染料敏化纳米晶太阳电池绪论太阳能电池的基本原理是某些物质被光照射时其电子的运动加剧；若引导这些电子流经一电路中的电位，即可得到电能。而所谓DSSC「染料敏化太阳能电池」，其基本设计是用奈米尺寸的金属氧化物半导体的颗粒，以化学方法使其表面吸附染料分子，再将这种颗粒涂布在电池电路的阳极上做为感光层；在感光层和阴极之间则加上一层电解质帮助导电。基于这样的设计所制成的电

6、池即所谓染料敏化太阳能电池(DSSC)。染料敏化太阳电池是属于第三代的有机太阳电池，具有低成本与矽薄膜太阳电池能源转换效率相近的特性。这是因为它选用的原料成本低加上制程容易与简单的制程设备，可有效的降低太阳电池发电成本至所预测的U$0.2/Wp。1991年第一个高效率染料敏化太阳电池由Prof.M.Gra..tzel於Nature上发表8%的能源转换率后，近来其光电转换效率更提高到11.18%@AM1.5，第三代分子级仿生太阳电池于是成为再生能源的主要研发方向之一。此外染料敏化太阳电池不仅成本低廉，仅约传统矽基材太阳电池成本的1/5∼1/10（视制程与有机材料成本而定

7、），对于商业化推展有相当大的助益，且不受日照角度的影响，加上吸收光线时间长，在相同时间的发电量甚至优于矽晶太阳能电池。此外，矽晶太阳能电池在高温时的发电效率，也会大打折扣，因此安裝在较高纬度（天气较冷）地区的成效也比较好，至于染料敏化太阳能电池则是不受温度影响，因此在日照充足、气温炎热地区，竞争力也会优于矽晶太阳能电池，另一项特点是染料敏化太阳能电池具有半透明（Semitransparent）的特性，因此适合于建材化（特別是建筑窗材）的整合，相当适用于需要大量空调与照明电力负载的现代化玻璃帷幕大楼，同时作为遮阳、绝热及发电利用的功能，达到建筑物节能与