【正文】 固體粉末，可以通過其漫反射光譜確定其吸收邊。例如，二氧化鈦的波長一邊的吸收邊為 390nm，可以算出其禁帶寬度為 。 染料敏化納米晶太陽能電池 19 （ 2）光電導(dǎo)法：波長掃描半導(dǎo)體電極可以得到光子能量對電流的關(guān)系曲線。產(chǎn)生電流時對應(yīng)的最低光子能量即為半導(dǎo)體的禁帶寬度。例如， n 型半導(dǎo)體 WO3 在小于 445nm 波長的光照射時，才開始產(chǎn)生光電流，該波長的能量（ ）即為WO3 的禁帶寬度。 半導(dǎo)體平帶電位的確定 對于與液體介質(zhì)接觸的塊體半導(dǎo)體，只有當(dāng)電子給體和受體存在時，才能發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。也就是說，必須在界面上發(fā)生氧 化還原反應(yīng)才能在半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一個電場。在空間電荷層內(nèi)，價帶和導(dǎo)帶是彎曲的。如（圖 45）給出了 n 型半導(dǎo)體能帶彎曲的四種情況。沒有空間電荷層時，電極處于平帶狀態(tài)。如果與多子 圖 45 n型半導(dǎo)體 溶液界面上空間電荷層的形成 （電子）電荷相同的電荷聚集在半導(dǎo)體一側(cè)，則形成積累層；反之，當(dāng)多子擴(kuò)散到溶液中，則形成耗盡層。如果空間電荷層區(qū)域空間（少子）的濃度超過電子（多子）的濃度，費(fèi)米能級將靠近價帶，此時為反型層。 圖 46 二氧化鈦納米晶膜在 780nm處吸光度與偏壓的關(guān)系曲線 在納米半導(dǎo)體中 ，情況有所不同。對于為摻雜的納米半導(dǎo)體，由于載流子濃度非常小，能帶彎曲可以忽略不計(jì)，所以納米晶半導(dǎo)體的能級處于平面狀態(tài)，面處于平帶狀態(tài)時電勢叫作平帶電勢（ Vfb）。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 （ 1）光譜電化學(xué)法：一定厚度和面積的納米半導(dǎo)體膜（工作電極）、鉑絲（對電極）以及飽和甘汞電極或 Ag/AgCl（參比電極）插入到適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液中， 構(gòu)成一個三級體系。在一定波長下，掃描吸光度隨偏壓的關(guān)系曲線如（圖 46）。 在較平帶電位正的偏壓的范圍內(nèi)，吸光度沒有變化，而當(dāng)偏壓比平帶電位負(fù)時，吸光度急劇升高，作曲線升高部分的切線交于吸光度為零的 線于一點(diǎn)，此點(diǎn)對應(yīng)的電位就是半導(dǎo)體在條件下的平帶電位。 （ 2）電化學(xué)法：在三電極體系中，對半導(dǎo)體電極進(jìn)行線性伏安掃描，起始電流對應(yīng)的電壓即為半導(dǎo)體在該條件下的平帶電位。 以上兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。光譜化學(xué)法適合于具有較多缺陷的多晶電極，結(jié)果較準(zhǔn)確。但是，該方法的不足之處是只能測定那些具有較好光學(xué)透明性能的半導(dǎo)體電極，另外還必須確定局域電子或自由電子餓消光系數(shù)。電化學(xué)法的最大優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，而其缺點(diǎn)是由于難以確定暗電流的起始電壓而造成結(jié)果的不確定性。利用這兩種方法測出的平帶電位與介質(zhì)和電解質(zhì)的性質(zhì)都有較大 的關(guān)系，利用光譜化學(xué)測定的最大優(yōu)點(diǎn)是可以模擬電化學(xué)中的介質(zhì)條件，從而能夠比較真實(shí)地反映半導(dǎo)體電極在光電轉(zhuǎn)化時的能級情況。 總結(jié)與展望 21 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文簡要介紹了染料敏化納米晶太陽能電池的結(jié)構(gòu)和原理 , 對其中關(guān)鍵問題 , 如納米 TiO2 膜、敏化染料、電解質(zhì)以及空穴傳輸材料的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述 . 從文中內(nèi)容可以看出 , 染料敏化納米 TiO2 太陽能電池具有低成本、高效率等眾多優(yōu)點(diǎn) . 雖然目前還存在一些問題 , 但我們相信 , 在不久的將來 , 隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展 , 這種太陽能電池將會有十分廣闊的應(yīng)用前景 . 展望 存在的問題于發(fā)展趨勢： 目前 , Gratzel 型電池已引起全世界范圍內(nèi)研究者的廣泛興趣和重視 [ 4 6] ，但它的發(fā)展仍有一些制約因素，如染料和電解質(zhì)。目前 Gratzel 型電池研究方向主要有以下幾個方面。 1. 電極的制備，尋找簡易、適于批量生產(chǎn)的制備工藝， 制備出性能優(yōu)異的TiO2 納米晶多孔膜；其納米粒子具有合適的尺寸、形狀、晶體結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)和能級。 2. 染料分子的光電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和染料的設(shè)計(jì)合成。 研究和改善分子結(jié)構(gòu) , 提高電荷分離效率 。通過染料的設(shè)計(jì)合成，使染料具有更優(yōu)異的吸附性能和光譜吸收 范圍。 3. 雙敏化 [ 7 ] ，為了使敏化劑具有更好的與太陽光相匹配的吸收光譜，人們也在探索使用雙敏化劑 .。兩種敏化劑在可見光區(qū)有不同的吸收范圍，它們共同修飾可使 TiO2 電極在可見光區(qū)的光譜吸收和光電流響應(yīng)具有更寬的范圍。 4. 固態(tài)空穴傳輸材料，尋找合適的固態(tài)空穴傳輸材料來代替液態(tài)電解質(zhì)，制備全固態(tài)的染料敏化太陽能電池也是重要的研究方向。 5. 研究納米晶多孔電極與染料間能量傳遞及電子轉(zhuǎn)移的微觀本質(zhì)。 在染料敏化太陽電池飛速發(fā)展的 20 年中，材料設(shè)計(jì)、器件物理和器件工程的研究不斷進(jìn)步，染料敏化太陽電池的性 能有了較大的提升。這種電池的工作機(jī)理類似于植物的光合作用，當(dāng)光照射時產(chǎn)生光生電子，電子在具有良好可見光透過率的納米二氧化鈦薄膜中傳輸，被集流器收集，并輸出到外電路做功，實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而且沒有任何廢棄物的排放。其簡單的制備工藝、廉價的生產(chǎn)設(shè)備、應(yīng)用的環(huán)境友好性以及透明性，都將大大地推進(jìn)其實(shí)用化進(jìn)程。染料敏化電池的大規(guī)模應(yīng)用將會使人類社會的發(fā)展進(jìn)入一個新的階段。 致 謝 22 致 謝 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師安雪娥表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！ 在論文工作中，遇到了諸多的問題， 一直得到安雪娥老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我能成功的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，安老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和她敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘安老師的教誨，再一次向她表示衷心的感謝，感謝她為學(xué)生營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助 ! 值此論文完成之際，謹(jǐn)向安雪娥老師致以最崇高的謝意 ! 在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝 ! 在我即將完成學(xué)業(yè)之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力 支持！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授 ! 參考文獻(xiàn) 23 參考文獻(xiàn) 1. Meng Q B, Takahashi K, et al. Fabrication of an Efficient Solid State Dye Sensitized Solar Cell[ J ]. Langmuir, 2021,19: 3572 2. Tennakone K, Senadeera G K R, Desilva D B R A, et al. Highly stable dye sensitized solid state solar cells with the semiconductor 4CuBr3S(C4H9 ) as the hole collector[ J ]. App l Phys Lett, 2021, 77 (15) : 2367 2369. 3. Fei C, Gerko O, Peter C S, A solid state, dye sensitized photoelectrochemical cell[ J ]. J Phys Chem, 1995, 99: 17071 17073. 4. Dikmelik Y, Davidson FM, Dember and photo electromotive force currents in silicon photoconductive detectors[ J ].Journal of the Op tical Society of America. B, Op tical Physics, 2021, 21: 1595 1605. 5. Hoshikawa T, YamadaM, Eguchi K, Impedance analysis for dye sensitized solar cells with a three electrodesystem[ J ]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2021, 577: 339 348. 6. L iu X, J ia Y J , Wang GM, Photoelectric investigations of charge transferring metal doped [ 60 ] fullerenes[ J ]. SolarEnergyMaterials and Solar Cells, 2021, 87: 5 10. 7. 方靖淮 , 等 . 雙染料共敏化的納米晶二氧化鈦多孔電極的光伏特性研究 [ J ]. 太陽能學(xué)報(bào) , 1997, l8 ( 2) : 164 167. 8. 劉煒華，顏魯婷，梁嘉，等不間二氧化鈦電極制備方法對 染料敏化太陽電池性能的影 PN[J]．液晶與顯示， (4)： 432— 436． 9. 李勝軍，林原，楊世偉，等．染料敏化太陽電池巾大孔 TiO!薄膜電極的制備及應(yīng)用 [J]無機(jī)化 學(xué)學(xué)報(bào)， 2021， 23(1 1)： l965— 1969． 10. 杜作娟，古映瑩 水熱法合成銳鈦礦型納水二氧化鈦 [J]．精細(xì)化工中問體，2021， 32(5)： 24— 25． 11. 謝冰，章少華，李前奔，等．電泳法制備二氧化鈦光催化薄膜 [J]．稀有金屬材料與工程， 2021， 36(A01)： 939— 941． 12. 張穎，姚明明，盧萍，等．電泳法制備納米 TiO 薄膜光催化性能的研究 [J]．中國粉體技術(shù)， 2021， 12(5)： l9— 23． 13. 李海玲，王文靜，亢國虎，等．磁控濺射法制備 TiO 薄膜的光催化特性 [J]．太陽能學(xué)報(bào)，2021， 27(11)： 1 103 一 1107． 24 25