【正文】 棗莊職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 棗莊職業(yè)學院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）研究染料敏化納米晶太陽電池系 部 應(yīng)用化工系 專 業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù)班 級 08級高職三班20 11 年 5 月摘要進入21世紀的我們對電源的需求越來越高。太陽能電池作為一種新能源,由于具有廣泛性、清潔性、安全性等優(yōu)點,因而被大家視為最理想的電池。染料敏化劑的性能是影響染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的重要因素,關(guān)于染料敏化劑的研究是當前研究的熱點之一。本論文從染料敏化納米晶太陽能電池陽極的制備及其染料共敏化方面進行了研究。 首選，本論文在總結(jié)染料敏化納米晶太陽能電池工作原理、效率的提高和最新發(fā)展的基礎(chǔ)上，用溶膠凝膠法(SolGel法)制備了銳鈦礦晶型的納米晶多孔TiO2粉體。通過改變制備TiO2的溶膠前驅(qū)液中表面活性劑(PEG)的量、pH值以及加水量來確定合適的前驅(qū)物組分含量，以達到提高TiO2顆粒的表面粗糙程度和顆粒間的孔隙率，減小TiO2顆粒粒徑，從而提高納米晶多孔TiO2薄膜電極比表面積、膜的孔洞率，進而達到增加染料吸附量的目的。同時，對所制備的納米晶TiO2粉體在不同溫度下煅燒，確定了生成銳鈦礦型納米晶多孔TiO2導電薄膜的最佳煅燒溫度。 其次，用SolGel法制備了銳鈦礦晶型的納米晶多孔TiO2半導體電極。通過掃描電鏡分析，進一步探討了制備理想電極的條件。 最后，以降低染料成本，提高光譜吸收范圍和吸光度為目標，選擇低成本的有機染料曙紅Y、香豆素、玫瑰紅進行雙染料共敏化實驗，證實了吸收光譜的拓寬和光吸收率的增加，最終確定了理想的共敏化染料。關(guān)鍵詞 SolGel法 染料敏化 銳鈦礦 納米級多孔TiO2目 錄 緒論 …………………………………………………………………4 第一章 太陽能電池 太陽能電池的工作原理………………………………………………………5 太陽能電池的種類和研究進展………………………………………………6 第二章 DSSC的結(jié)構(gòu)和基本原理 DSSC的結(jié)構(gòu)……………………………………………………………………7 DSSC的基本原理………………………………………………………………8 基本概念………………………………………………………………………9 第三章 納米晶TiO2膜電極 納米晶TiO2膜 ………………………………………………………………10 晶型和粒徑可控的納米TiO2的制備………………………………………11 納米TiO2多孔膜的制備……………………………………………………12 電極的表面修飾 ……………………………………………………………13 第四章 染料敏化劑和電解質(zhì) 染料敏化劑 …………………………………………………………………14 電解質(zhì) ………………………………………………………………………16 第五章 論文的研究內(nèi)容和目標 …………………………………………19 致謝………………………………………………………………………………21 參考文獻 ………………………………………………………………………22研究染料敏化納米晶太陽電池緒論太陽能電池的基本原理是某些物質(zhì)被光照射時其電子的運動加劇；若引導這些電子流經(jīng)一電路中的電位，即可得到電能。而所謂DSSC「染料敏化太陽能電池」，其基本設(shè)計是用奈米尺寸的金屬氧化物半導體的顆粒，以化學方法使其表面吸附染料分子，再將這種顆粒涂布在電池電路的陽極上做為感光層；在感光層和陰極之間則加上一層電解質(zhì)幫助導電?；谶@樣的設(shè)計所制成的電池即所謂染料敏化太陽能電池(DSSC)。染料敏化太陽電池是屬于第三代的有機太陽電池，具有低成本與矽薄膜太陽電池能源轉(zhuǎn)換效率相近的特性。這是因為它選用的原料成本低加上制程容易與簡單的制程設(shè)備，可有效的降低太陽電池發(fā)電成本至所預測的U$。1991年第一個高效率染料敏化太陽電池由Prof. M. Gra..tzel於Nature上發(fā)表8 %的能源轉(zhuǎn)換率后， % @ ，第三代分子級仿生太陽電池于是成為再生能源的主要研發(fā)方向之一。此外染料敏化太陽電池不僅成本低廉，僅約傳統(tǒng)矽基材太陽電池成本的1/5～1/10（視制程與有機材料成本而定），對于商業(yè)化推展有相當大的助益，且不受日照角度的影響，加上吸收光線時間長，在相同時間的發(fā)電量甚至優(yōu)于矽晶太陽能電池。此外，矽晶太陽能電池在高溫時的發(fā)電效率，也會大打折扣，因此安裝在較高緯度（天氣較冷）地區(qū)的成效也比較好，至于染料敏化太陽能電池則是不受溫度影響，因此在日照充足、氣溫炎熱地區(qū)，競爭力也會優(yōu)于矽晶太陽能電池，另一項特點是染料敏化太陽能電池具有半透明（Semitransparent）的特性，因此適合于建材化（特別是建筑窗材）的整合，相當適用于需要大量空調(diào)與照明電力負載的現(xiàn)代化玻璃帷幕大樓，同時作為遮陽、絕熱及發(fā)電利用的功能，達到建筑物節(jié)能與產(chǎn)能的雙重能源效益，極可能成為下一世代廣泛應(yīng)用的太陽能利用技術(shù)，染料敏化太陽電池之應(yīng)用市場可說相當廣泛，未來于建筑屋頂、外墻發(fā)電用途，及家電、可攜式電子產(chǎn)品(如電子計算機、手表、電子字典、手機、NB電腦)等市場商機潛力龐大。 比照太陽能電池，DSSC「染料敏化太陽能電池」有不少的優(yōu)點，如下: 其一，感光顆粒涂布在陽極上的厚度僅約在微米尺度。而且奈米顆粒分布的方式使得感光層的有效受光表面積約變?yōu)殡姌O表面積的100 倍，因此能以極少量物質(zhì)達到很大的吸光效率。 其二，制造感光顆粒，只需將半導體顆粒浸泡在含染料的溶液中，再用惰性氣體風干即可；涂布在陽極表面上的平整度也沒有特別要求，制程簡單又便宜。 其三，一般染料在可見光范圍的吸收波段相當大，因此符合以同一元件利用大波段陽光的要求。 其四，DSSC 感光的效率極高。 因此DSSC在轉(zhuǎn)換光能與電能的時候，具有成本低、效率高、制作簡易以及可塑性高等優(yōu)勢，是很有希望將損耗降至甚低的元件。 第一章 太陽能電池能源短缺與環(huán)境污染是目前人類面臨的兩大問題。傳統(tǒng)的能源媒,石油和木材按目前的消耗速度只能維持五十至一百年。另外,由此所帶來的環(huán)境污染,也正在威脅著人類賴以生存的地球。而在人類可以預測的未來時間內(nèi),太陽能作為人類取之不盡用之不竭的潔凈能源,不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染,且基本上不受地理條件的限制,因此太陽能利用技術(shù)研究引起了各國科學家的廣泛重視。太陽內(nèi)部每時每刻都在發(fā)生熱核聚變反應(yīng),進行質(zhì)能轉(zhuǎn)換,向宇宙輻射的總功率約為3*1023kW,投射到地球大氣層之前的功率密度約為1135kW/m2。太陽光進入大氣層后,雖然大氣成分和塵埃顆粒的散射以及太陽光中的紫外線被臭氧，氧氣和水蒸氣吸收,但到達地表的功率密度仍有很大。如果太陽輻射維持不變,則太陽半衰期壽命還有7*1012年以上,可以說太陽能是取之不盡用之不竭的天賜能源。我國陸地2/3以上地區(qū)的年日照時數(shù)大于2000h,太陽能相當豐富。目前,太陽能的利用主要有太陽能電池發(fā)電和太陽能熱水器制熱。而在一些名勝古跡和公園已經(jīng)可以見到太陽能路燈了,為家庭住宅提供能源的太陽能發(fā)電系統(tǒng)(3kW)已經(jīng)在發(fā)達國家作為示范