天然染料敏化太陽(yáng)能電池畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-01 21:43 本頁(yè)面
【正文】 目錄天然染料敏化太陽(yáng)能電池畢業(yè)論文 目 錄第1章 課題整體框架 1 課題任務(wù) 1 課題要求 1 1第2章設(shè)計(jì)方案 2 2 染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展 2 性能術(shù)語(yǔ)及基本概念 3 曲線 3 3 短路電流 3 3 染料敏化太陽(yáng)能電池工作原理 4 材料和儀器部分 4 材料 5 5 設(shè)計(jì)過(guò)程 5 光陽(yáng)極的制備 5 5 二氧化鈦薄膜光陽(yáng)極的制備 5 天然染料的提取過(guò)程 7 染料的要求 7 9 對(duì)電極的制備 12 電解液 12 液態(tài)電解質(zhì)系統(tǒng) 13（準(zhǔn)固態(tài)）電解質(zhì)系統(tǒng) 13 全固態(tài)電解質(zhì)系統(tǒng) 14 電解液的制備 14 電池的組裝 14 染色 14 電池組裝 14 染料敏化太陽(yáng)能電池的電學(xué)性能測(cè)試 14第3章 調(diào)試與實(shí)現(xiàn) 17 實(shí)現(xiàn)功能描述 17 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 17 設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)難點(diǎn) 18 設(shè)計(jì)中的重點(diǎn) 18 設(shè)計(jì)中的難點(diǎn) 18 解決方案 18 實(shí)現(xiàn)展示 19第4章 總結(jié) 20I參考文獻(xiàn) 211第1章 課題整體框架 第1章 課題整體框架 課題任務(wù)用溶膠凝膠法制備納米薄膜；選擇并提取天然染料；設(shè)計(jì)并制作染料敏化太陽(yáng)能電池；測(cè)出其開路電壓及短路電流等數(shù)據(jù)，分析DSSC性能及影響因素。 課題要求掌握DSSC光電轉(zhuǎn)換原理；熟悉染料敏化太陽(yáng)能電池的制作工藝；設(shè)計(jì)的DSSC能測(cè)出其開路電壓及短路電流；通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程，學(xué)會(huì)分析影響DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的因素。能源和環(huán)境是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，是近十幾年來(lái)世界關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越多，不可再生能源面臨著枯竭。新能源開發(fā)成為各國(guó)政府首要解決的問(wèn)題。在各種可再生能源(風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等)中，太陽(yáng)能由于具有清潔、使用安全、取之不盡、利用成本低且不受地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn)，而備受青睞。當(dāng)前太陽(yáng)能的利用主要以光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)能轉(zhuǎn)換為主。其中光電轉(zhuǎn)換也就是太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能利用研究的熱點(diǎn)之一。太陽(yáng)能電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的光電轉(zhuǎn)換器件。到目前為止，基于半導(dǎo)體硅及無(wú)機(jī)半導(dǎo)體化合物的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率是最高的。但長(zhǎng)期以來(lái)，復(fù)雜的制作工藝和昂貴的成本限制了它們的發(fā)展和應(yīng)用。所以近年來(lái)各國(guó)科學(xué)家正展開對(duì)新型太陽(yáng)能電池的研究。相對(duì)于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池，染料敏化太陽(yáng)能電池制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低廉，原材料廣，并且無(wú)污染，因此，染料敏化太陽(yáng)能電池是現(xiàn)在研究新型太陽(yáng)能電池的重點(diǎn)研究方向之一。通過(guò)本次畢設(shè)，不僅了解了染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理及工藝，還自己動(dòng)手制備，使得自己對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池有了更深入的了解，并且通過(guò)對(duì)所制備的樣品進(jìn)行測(cè)試，深入分析其光電特性。 21電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第2章設(shè)計(jì)方案 染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展早在160多年前，法國(guó)科學(xué)家Becquerel 首次觀察到用氧化銅或鹵化銀涂在金屬電極上會(huì)產(chǎn)生光電現(xiàn)象【1】。1873年，德國(guó)光電化學(xué)家Hemnan Vogel教授發(fā)現(xiàn)用染料處理的鹵化銀可以大大擴(kuò)展其對(duì)可見光的反應(yīng)能力，甚至可擴(kuò)展到紅光和紅外光【2】。1887年，Moser 在鹵化銀電極上涂上赤蘚紅(erythrosine)染料進(jìn)一步證實(shí)了光電現(xiàn)象【2】。20世紀(jì)60年代，這一領(lǐng)域的研究達(dá)到高潮， , 成為光電化學(xué)電池的重要基礎(chǔ)[2]。1972年，F(xiàn)ujishima 和 Honda’s 首次將半導(dǎo)體TiO2作為電極光解水獲得成功以來(lái)，TiO2在太陽(yáng)能電池方面的應(yīng)用開始受到了人們的關(guān)注。但由于TiO2是寬帶隙半導(dǎo)體，因而光譜響應(yīng)范圍很窄，光電轉(zhuǎn)換效率很低【2】。20世紀(jì)80年代，光電轉(zhuǎn)換研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向人工模擬光合作用，美國(guó)州立Arizona大學(xué)的Gust和Moore研究小組成功模擬了光合作用中光電子轉(zhuǎn)換過(guò)程，并取得了一定的成績(jī)。大自然光合作用中的光電轉(zhuǎn)換給了人們很大的啟示，葉綠體色素在光電轉(zhuǎn)換中扮演著重要的角色。于是，人們就想到用光敏染料來(lái)敏化TiO2半導(dǎo)體，利用染料對(duì)可見光的敏感性，來(lái)拓寬TiO2的光譜響應(yīng)范圍【2】。 20世紀(jì)70年代到90年代，研究主要集中在平板電極上，這類電極表面吸附了單層染料，有效地拓寬了半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍。但單層染料分子對(duì)光的捕獲率非常低。后來(lái)，人們?cè)噲D采用多層染料分子以提高光的捕獲率，但未獲得進(jìn)展，原因在于多層染料分子對(duì)電子來(lái)說(shuō)是一個(gè)絕緣體，阻礙了電子的傳輸。1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院(EPFL)的MichaelGr228。tzel教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組率先取得了突破性進(jìn)展。他們用廉價(jià)的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體TiO2制備成具有多孔結(jié)構(gòu)、高比表面積的納米晶薄膜，薄膜上吸附大量羧酸聯(lián)吡啶Ru(II)的配合物的敏化染料，并選用含I/I3氧化還原電對(duì)的低揮發(fā)性鹽作為電解質(zhì)，研制成一種稱為染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池。在模擬太陽(yáng)光()下，%~%的光電轉(zhuǎn)換效率。1993年達(dá)到了10% , %, 2004年和2005年，%%，其轉(zhuǎn)換效率可與傳統(tǒng)的非晶硅光伏電池媲美。染料敏化太陽(yáng)能電池在提高太陽(yáng)能光伏電池性能和實(shí)用化方面，是目前最具潛力的一類。與傳統(tǒng)的PN結(jié)硅光伏電池相比，染料敏化太陽(yáng)能電池具有以下一些優(yōu)勢(shì)： ⑴壽命長(zhǎng)：使用壽命可達(dá)1520年； ⑵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)； ⑶制備電池耗能較少，能源回收周期短； ⑷生產(chǎn)成本較低，僅為硅太陽(yáng)能電池的1/5～1/10。⑸生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)毒無(wú)污染。
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