【正文】 Ｎ 結(jié)太陽能電池原理示意圖 太陽輻射光譜的波長是從 ?m 的近紫外線到幾微米的紅外線 ,對應(yīng)的光子能量從 4eV~ 左右。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(dá)國家作為示范工程而被推廣 ,用太陽能電池提供動(dòng)力的汽車和游艇也已經(jīng)出現(xiàn)在人們的眼前。太陽光進(jìn)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(dá)地表的功率密度仍有很 大。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。 其三，一般染料在可 見 光 范圍 的吸收波段相 當(dāng) 大，因此符合以同一元件利用大波段陽 光的要求。此外，矽晶太 陽 能 電 池在高 溫時(shí) 的發(fā)電 效率，也 會(huì) 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(huì)優(yōu)于 矽晶太 陽 能 電 池，另一 項(xiàng) 特 點(diǎn) 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(dāng)適 用 于 需要大量空 調(diào)與 照明 電 力 負(fù)載 的 現(xiàn) 代化玻璃帷幕大 樓 ， 同 時(shí) 作 為遮陽 、 絕熱及 發(fā)電 利用的功能， 達(dá) 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(dāng)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(jì)算機(jī) 、 手表 、 電 子字典、手 機(jī) 、 NB 電腦 )等市 場 商 機(jī)潛力龐大 。染料敏化太 陽電 池是 屬于 第三 代的有 機(jī) 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。 最后，以降低染料成本，提高光譜吸收范圍和吸光度為目標(biāo)，選擇低成本的有機(jī)染料曙紅 Y、香豆素、玫瑰紅進(jìn)行雙染料共敏化實(shí)驗(yàn)，證實(shí)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。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(dá)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(jìn)而達(dá)到增加染料吸附量的目的。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(diǎn) ,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(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。同時(shí)，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(dǎo)電薄膜的最佳煅燒溫度。 關(guān)鍵詞 SolGel 法 染料敏化 銳鈦礦 納米級多孔 TiO2 棗莊職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 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(jìn)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(biāo) ……………………………………… … 19 致謝 ……………………………………………………………………………… 21 參考文獻(xiàn) ………… …………………………………………………………… 22 棗莊職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 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(shí) 其 電 子的 運(yùn)動(dòng)加劇 ；若 引導(dǎo)這些電子流經(jīng) 一 電路中的電位 ，即可得到 電 能。 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(yù)測 的 U$。 比照太 陽 能 電 池， DSSC「染料敏化太 陽 能 電 池」有不少的 優(yōu)點(diǎn) ，如下 : 其一，感光 顆 粒 涂 布在 陽極 上的厚度 僅約 在微米尺度。 其四， DSSC 感光的效率 極 高。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。 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。 太陽能電池的工作原理 當(dāng)表面蒸發(fā)一層透光金屬薄膜的半導(dǎo)體薄片被光照射時(shí)，在它的另一側(cè)和 金屬膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。由半導(dǎo)體能帶理論可知 ,只有能量高 于半導(dǎo)體帶隙寬度 (Eg)的光的照射 ,才能激發(fā)半導(dǎo)體中雜質(zhì)捕獲的電子通過帶間躍遷從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶 ,生成自由電子和空穴對 ,電子和空穴向左右極化而產(chǎn)生電勢差。半導(dǎo)體 Ｐ — Ｎ 結(jié)的界面附近，電荷積累形成的阻擋層（ 耗盡層）中有一個(gè)強(qiáng)電場，場強(qiáng)方向由 Ｎ 區(qū)指向 Ｐ 區(qū)。前者如硅太陽能電池 ,后者如半導(dǎo)體電解質(zhì)太陽能電池。 (3)有機(jī) /聚合物太陽能電池 。 (3)對環(huán)境不造成污染 。而九十年代發(fā)展起來的染料敏化納米晶二氧化鈦 (TiO2)太陽能電池（ DSSC）的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能 ,已成為傳統(tǒng)太陽能電池的有力競爭對手。 DSSC的結(jié)構(gòu) 染料敏化太陽能電池是由透明導(dǎo)電玻璃 ,TiO2 多孔納米膜 ,電解質(zhì)溶液以及鍍鉑鏡對電極構(gòu)成的 ” 三明治 ” 式結(jié)構(gòu) (圖 2)其光電轉(zhuǎn)換在幾個(gè)界面完成 : (1)染料和 TiO2 納晶多孔膜組成的界面 。 TiO2的禁帶較寬，不能直接太陽的可見光，于是在上面附著一層對可見光吸收良好的染料作為光敏劑。 圖 3 DSSC 光電轉(zhuǎn)換機(jī)理 棗莊職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 基本概念 對一個(gè)具體地理位置而言，太陽對地球表面的輻射取決于地球繞太陽的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)、大氣層的吸收與反射以及氣象條件（陰、晴、雨）等。一旦光子進(jìn)入大氣層，它們就會(huì)由于水，二氧化碳，臭氧和其他物質(zhì)的吸收和散射，使連續(xù)的光譜變成譜帶。 由于太陽入射角不同，穿過大氣層的厚度隨之變化，通常用大氣質(zhì)量（ air mass，AM）來表示。時(shí)，為 。在染料敏化納米晶薄膜太陽電池中， IPCE 與入射光波長之間的關(guān)系曲線稱為光電流作用譜。 電路 處于開路（即外電阻為無窮大）時(shí)的光電壓稱為開路光電壓。 電池具有最大輸出功率時(shí)的電流密度 Jopt 和光電壓 Vopt 的乘積與短路光電流密度和開路電壓乘積的比值。為了提高光捕獲效率和量子效率 ,可以將半導(dǎo)體二氧化鈦納米化、多孔化、薄膜化。雖說平板 TiO2 半導(dǎo)體電極在吸附單分子棗莊職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 層染料后具有最佳的電子轉(zhuǎn)移效率，但是由于平板電極的表面積很小 ,電極表面吸附的單分子層染料對光的吸收較差 ,最大只有百分之幾 ,因此其效率大都在 %以下；雖然在平板電極上進(jìn)行多層吸附可以增大光的吸收效率 ,但 在外層染料的電子轉(zhuǎn)移過程中 ,內(nèi)層染料起到了阻礙作用 ,降低了光電轉(zhuǎn)化量子效率。如果在其表面吸附單分子層光敏染料 ,由于納米晶具有非常大的比表面積 ,可以使電極在最大波長附近光的吸收達(dá)到 100 %。一般來說 ,表面積越大 ,吸附的染料分子越多 ,因而光生電流也就越強(qiáng)。造成這些結(jié)果的主要原因是 ,小孔吸附染料后 ,剩余的空間很小 ,電解質(zhì)在其中擴(kuò)散的速度將大大降低 ,因此電流產(chǎn)生效率也將下降。因?yàn)榧{米晶半導(dǎo)體中缺少空