关于染料敏化太阳能电池-一篇本科毕业论文第一章绪论1.1太阳能电池
能源短缺与环境污染是目前人类面临的两大问题。传统的能源媒,石油和木材按目前的消耗速度只能维持五十至一百年。另外,由此所带来的环境污染,也正在威胁着人类赖以生存的地球。而在人类可以预测的未来时间内,太阳能作为人类取之不尽用之不竭的洁净能源,不产生任何的环境污染,且基本上不受地理条件的限制,因此太阳能利用技术研究引起了各国科学家的广泛重视。
1.1.1太阳能电池的工作原理
当表面蒸发一层透光金属薄膜的半导体薄片被光照射时，在它的另一侧和金属膜之间将产生一定的电压，这种现象称为光生伏打效应，简称光伏效应。能将光能转换成电能的光电转换器叫太阳能电池，在半导体Ｐ—Ｎ结上，这种光伏效应更为明显。因此，太阳能电池都是由半导体Ｐ—Ｎ结构成的，最简单
的太阳能电池由一个大面积的Ｐ—Ｎ结构成，例如Ｐ型半导体表面形成薄的Ｎ型层构成一个Ｐ—Ｎ结，见图1.1.1。
图1.1.1Ｐ—Ｎ结太阳能电池原理示意图
太阳辐射光谱的波长是从0.3μm的近紫外线到几微米的红外线,对应的光子能量从4eV~0.3eV左右。由半导体能带理论可知,只有能量高于半导体带隙宽度(Eg)的光的照射,才能激发半导体中杂质捕获的电子通过带间跃迁从价带跃迁到导带,生成自由电子和空穴对,电子和空穴向左右极化而产生电势差。因此,制造太阳能电池的半导体材料的带隙宽度应在
1.1eV~1.7eV之间,由太阳光谱可知,最好是1.5eV左右。当光照在半导体
上满足Eg，在Ｐ型和Ｎ型两区内，就会光激发产生电子—空穴对。如果
在一个扩散长度的范围内，这些被激发出来的电子或空穴，就都有可能在
复合之前通过扩散运动到达Ｐ—Ｎ结的强电场区。半导体Ｐ—Ｎ结的界面
附近，电荷积累形成的阻挡层（耗尽层）中有一个强电场，场强方向由Ｎ
区指向Ｐ区。这样，在强电场的作用下，空穴由Ｎ区漂移到Ｐ区，而电子
则由Ｐ区漂移到Ｎ区。这样被激发的自由电子和空穴分别向左右漂移,将
使Ｐ区带正电，Ｎ区带负电，从而产生光生电动势Vph,接上负载R就可
产生光生电流Iph。
1.1.2太阳能电池的种类和研究进展
太阳能电池可分为固体电池和液体电池。前者如硅太阳能电池,后者
如半导体电解质太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础。根据所用材料的不同,太阳能电池又可分为:
(1)硅太阳能电池;根据不同硅晶体材料可分成单晶硅太阳能电池,多
晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池有单晶硅(c－Si)，多晶硅(ploy－Si)，非晶硅(a－Si)；
(2)无机化合物太阳能电池如砷化镓(GaA)，铜铟镓硒(CuInGaSe)，碲
化镉(CdTe)等;
(3)有机/聚合物太阳能电池;(4)纳米晶太阳能电池等。
尽管制作电池的材料不同,但其材料一般应满足以下几个要求:(1)半
导体材料的禁带不能太宽;(2)要有较高的光电转换效率;(3)对环境不造成
污染;
(4)便于工业化生产且性能稳定。
而开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高转换效率和降低成本。由于目前市场上的太阳能电池产品硅太阳能电池制造成本过高,不利于广泛应用。而九十年代发展起来的染料敏化纳米晶二氧化钛(TiO2)太阳能电池（DSSC）的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能,已成为传统太阳能电池的有力竞争对手。其光电效率稳定在10%,制作成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10,寿命能达到20年以上。
1.2DSSC的结构和基本原理
太阳能发电是太阳能利用的重要领域之一,它具有高效、清洁、低成本的优势。1991年瑞士学者Gratzel等[2]在Nature上发表文章,研制出了以过渡金属Ru的配合物作为染料的纳米晶膜TiO2太阳能电池,其光电转换效率达到7.1%--7.9%,光电流密度大于12mA/cm2,引起了世人的广泛关注.目前,染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的光电转换效率已达到了11.18%[3,4,5].且成本比硅太阳能电池大为降低,性能稳定,应用前景十分诱人。
1.2.1DSSC的结构
染料敏化太阳能电池是由透明导电玻璃,TiO2多孔纳米膜,电解质溶液以及镀铂镜对电极构成的”三明治”式结构(图1.2.1)其光电转换在几个界面完成:(1)染料和TiO2纳晶多孔膜组成的界面;(2)染料分子和电解质构成的界面;(3)电解质和对电极构成的界面。
图1.2.1染料敏化纳米晶太阳电池结构示意图1.2.2DSSC的基本原理在上图的结构中，染料敏化太阳能电池与传统P-N太阳能电池不同，它对光的捕获和电荷的传输是分开的。TiO2的禁带较宽，不能直接太阳
的可见光，于是在上面附着一层对可见光吸收良好的染料作为光敏剂。其光电转换机理如图1.2.2所示，过程如下：
(1)太阳光(hμ)照射到电池上,基态染料分子(D)吸收太阳光能量被激发,染料分子中的电子受激跃迁到激发态,染料分子因失去电子变成氧化态(D某)D+hμ——D某(染料激发)(2)激发态的电子快速注入到TiO2导带中D某+TiO2——e-(TiO2导带)+氧化态染料(光电流产生)
(3)注入到TiO2导带中的电子在TiO2膜中的传输非常迅速,可以瞬间到达膜与导电玻璃的接触面,并在导电基片上富集,通过外电路流向对电极;同时,处于氧化态的染料分子,由电解质(I-/I3-)溶液中的电子供体(I-)提供电子而回到基态,染料分子得以再生
氧化态染料+还原态电解质——D+氧化态电解质(染料还原)
(4)电解质溶液中的电子供体(I-)在提供电子以后(I3-),扩散到对电极,得到电子而还原
氧化态电解质+e-(阴极)——还原态电解质(电解质还原)(5)注入到TiO2导带中的电子与氧化态的染料发生复合反应氧化态染料+e-(TiO2导带)——D(电子复合)(6)注入到TiO2导带中的电子与电解液中的I3-发生复合反应氧化态电解质+e-(TiO2导带)——还原态电解质(暗电流)其中,反应(5)的反应速率越小,电子复合的机会越小,电子注入的效率就越高;反应(6)是造成电流损失的主要原因。1.2.3基本概念[1]大气质
量数
对一个具体地理位置而言，太阳对地球表面的辐射取决于地球绕太阳的公转与自转、大气层的吸收与反射以及气象条件（阴、晴、雨）等。距离太阳一个天文单位处，垂直辐射到单位面积上的辐照通量（未进入大气
层前）为一常数，称之为太阳常数。其值为1.338kWm-2～1.418kWm-2，在太阳电池的计算中通常取1.353kWm-2。
太阳光穿过大气层到达地球表面，受到大气中各种成分的吸收，经过大气与云层的反射，最后以直射光和漫射光到达地球表面，平均能量约为1kWm-2。一旦光子进入大气层，它们就会由于水，二氧化碳，臭氧和其他物质的吸收和散射，使连续的光谱变成谱带。因此太阳光光谱在不同波长处存在许多尖峰，特别是在红色及红外区域上。现在通过太阳模拟器，在室内就能够得到模拟太阳光进行试验。在太阳辐射的光谱中，99%的能量集中在276nm～4960nm之间。
由于太阳入射角不同，穿过大气层的厚度随之变化，通常用大气质量（airma，AM）来表示。并规定，太阳光在大气层外垂直辐照时，大气质量为AM0，太阳入射光与地面的夹角为90°时大气质量为AM1。其他入射角的大气质量可以用入射光与地面的夹角θ的关系表达，即AM=1/coθ当太阳的天顶角θ为48.19°时，为AM1.5。海平面上任意一点和太阳的连线与海平面的夹角叫天顶角。一般在地面应用的情况下，如无特殊说明，通常是指AM1.5的情况。图1.2.3示出了AM1.5时的太阳光谱图。入射单色光光电转换效率（IPCE）
在不考虑导电玻璃电极的反射损耗情况下，定义为单位时间内外电路中产生的电子数目Ne与单位时间内的入射单色光光子数目Np之比
IPCE=Ne/Np
在实际应用中，IPCE通常通过以下公式计算：IPCE=1250某Ic/λ某Pin
这里，Ic表示单色光照射下染料敏化纳米晶电极所产生的短路光电流密度，单位采用μAcm-2；λ表示入射单色光的波长，单位采用nm；Pin表示入射单色光的光强，单位采用Wm-2。在染料敏化纳米晶薄膜太阳电池中，IPCE与入射光波长之间的关系曲线称为光电流作用谱。J-V曲线光电流作用谱反映了染料敏化纳米晶半导体电极在各波长处的光电转化情况，它反映了电极在不同波长处的光电转化能力。而表征染料敏化纳米晶薄膜太阳电池性能好坏的最直接方法是测定电池的输出光电流-电压曲线即I-V曲线。从图中
可以得出太阳电池性能的主要指标，如开路光电压（open-circuitvoltage，Voc）、短路光电流密度（hort-circuitphotocurrentdenity，Jc）、填充因子（fillfactor，FF）和光电转换效率ηglobal等参数。
开路光电压：电路处于开路（即外电阻为无穷大）时的光电压称为开路光电压。
短路光电流密度：电路处于短路（即外电阻为零）时产生的光电流称为短路光电流；单位面积短路光电流称为短路光电流密度。染料敏化纳米晶太阳电池的短路光电流密度对应于光电流作用谱中IPCE在可见光部分的积分面积。积分面积越大，则短路光电流密度越大。
填充因子：电池具有最大输出功率时的电流密度Jopt和光电压Vopt 的乘积与短路光电流密度和开路电压乘积的比值。即FF=Jopt某Vopt/Jc 某Voc
光电转换效率：电池的最大输出功率Popt与输入光功率Pin的比值称为光电转换效率。即
η＝Popt/Pin=Jc某Voc某FF/Pin1.3纳米晶TiO2膜电极
纳米晶TiO2膜电极是整个太阳能电池的关键，其性能的好坏直接关系到太阳能电池的效率。1.3.1纳米晶TiO2膜
TiO2是一种价廉、无毒、稳定且抗腐蚀性能良好的半导体材料,它的吸收范围在紫外区,因此须进行敏化处理。为了提高光捕获效率和量子效率,可以将半导体二氧化钛纳米化、多孔化、薄膜化。这样的结构使TiO2具有高比表面积,使其能
吸附更多的单层染料分子,只有紧密吸附在半导体表面的单层染料分子才能产生有效的敏化效率。另外,这种结构的电极,其表面粗糙度大,太阳光在粗糙表面内多次反射,可被染料分子反复吸收,从而大大提高太阳光的利用率。
在引入纳米晶膜电极之前,人们无法同时提高染料的光吸收率和光电量子效率,这严重制约了染料敏化太阳能电池的发展。虽说平板TiO2半导体电极在吸附单分子层染料后具有最佳的电子转移效率[6]，但是由于平板电极的表面积很小,电极表面吸附的单分子层染料对光的吸收较差,最大只有百分之几,因此其效率大都在0.1%以下；虽然在平板电极上进行多层吸附可以增大光的吸收效率,但在外层染料的电子转移过程中,内层染料起到了阻碍作用,降低了光电转化量子效率[6]直到1985年Gratzel等首次将高表面积纳米晶TiO2电极引入到染料敏化电极的研究,才推动了该领域研究的发展[7]
纳米晶膜的多孔性使得它的总表面积远大于其几何面积。例如10μm 厚、粒度15～20nm的TiO2膜的表面积可以增大约2000倍[2]如果在其表面吸附单分子层光敏染料,由于纳米晶具有非常大的比表面积,可以使电极在最大波长附近光的吸收达到100%。所以染料敏化纳米晶半导体电极既
可以吸附大量的染料,从而可有效的吸收太阳光,同时又可以保证高的光电量子效率。
TiO2纳米晶电极微结构，如粒径、气孔率对太阳能电池的光电转换效率有非常大的影响[8]首先,太阳能电池所产生的电流与TiO2电极所吸附的染料分子数直接相关。一般来说,表面积越大,吸附的染料分子越多,因而光生电流也就越强。另一方面,TiO2粒径越小,它的比表面积越大,此时电极的孔径将随之变小。在低光强照射下,传质动力学速度能够满足染料的再生,在此条件下孔径大小对光电性质影响不大;而在强光照射下,传质动力学速度一般不再能够满足染料的再生,此
时孔径大小对光电性质的影响较大。造成这些结果的主要原因是,小孔吸附染料后,剩余的空间很小,电解质在其中扩散的速度将大大降低,因此电流产生效率也将下降。所以,如何选择合适大小的半导体粒度对电极的光电性质影响很大。制约染料敏化太阳能电池光电转化效率的一个因素就是光电压过低。这主要是由电极表面存在的电荷复合造成的。因为纳米晶半导体中缺少空间电荷层,同时存在大量的表面态,导带中的电子很容易被表面态陷阱俘获,大大增加了与氧化态电解质复合的几率。因此,如何降低电荷复合就成为改善光电转换效率的关键。目前有很多研究对电极表面修饰后,能使光电性能明显提高，这将在1.3.4中稍作介绍。
1.3.2晶型和粒径可控的纳米TiO2的制备
在染料敏化纳米晶太阳电池中，可以用的纳米半导体材料很多，如金属硫化物、金属硒化物、钙钛矿以及钛、锡、锌、钨、锆、锶、铁、铈等金属的氧化物。在这些半导体材料中，二氧化钛性能较好，主要表现在：作为光电极稳定性很好、价格便宜、制备方法简单、抗腐性能良好而且无毒。
二氧化钛在常温下有金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石最稳定。锐钛矿和板钛矿分别在1000°C和750°C不可逆转的转化成金红石。金红石的带隙为3eV，锐钛矿的带隙为3.2eV，吸收范围都在紫外区，因此需要进行敏化处理，才能吸收可见光。
目前制备纳米TiO2的方法较多,有溶胶凝胶法，粉末涂覆法，TiCl4水解法,电化学方法,模板组装技术等,但容易实现对TiO2晶型和粒径有效控制的制备方法主要是溶胶凝胶法。
溶胶凝胶法具有简单的加工过程，可以控制薄膜厚度和表面形貌以及更佳的光学
活性等优点。是以钛酸酯为原料,加入溶剂，水，催化剂等,通过水解与聚合反应制得溶胶凝胶液,然后经过干燥焙烧后制得二氧化钛薄膜。
本实验采用的是粉末涂覆P25纳米TiO2浆料的方法制备纳米晶膜，TiO2浆料是通过球磨商业化P25纳米粉。制备在实验部分会作简单的介绍。1.3.3纳米TiO2多孔膜的制备
目前,制备纳米TiO2多孔膜的方法包括浸渍法，旋转法，丝网印刷，溅射法，高温溶胶喷射沉积等多种技术,其中应用最多的是丝网印刷。
丝网印刷适用于大规模制备太阳能电池的工艺。丝网印刷技术是将纳米TiO2浆料均匀涂抹在导电玻璃上,经过高温烧结后,得到均匀的纳米多孔TiO2薄膜.丝网印刷中影响膜厚的技术参数包括丝网上感光胶的厚度，刮板的压力，速度，接触角度等,丝网上感光胶的厚度越厚,印刷出来的膜厚越大,接触角度越小,速度就越慢,压出的浆料就越多;为了使印刷的效果更好,要求TiO2浆料具有很好的透过性能,而且流动性大,粘度低及附着性能好.将溶胶凝胶法制得的湿态TiO2,通过充分的脱水后,加入适量的高聚
物,充分搅拌，研磨,可得到粘度适中的纳米TiO2浆料。本实验采用的是
流延成型法，适用于实验室小规模制备太阳能电池的工艺。我们是将粉末涂覆P25纳米TiO2的浆料流延成型到电极上。1.3.4电极的表面修饰纳
晶掺杂
Lee等[9]发现TiO2纳晶掺杂Al和W对光电性质有明显的影响.掺杂Al的TiO2可以增强开路电压,然而会适当降低短路电流,掺杂W则相
反,Al和W的掺杂不仅能够改变TiO2颗粒的团聚状态和染料的结合程度,而且能够改善电子的传输动力。
杨华等[10]发现在TiO2中掺杂Fe3+,Mo5+,Ru5+等金属离子,不仅能
影响电子TiO2空穴的复合几率,还能使TiO2的吸收波长范围扩大到可见
光区域,增加对太阳能的转换和利用。
尹剑波等[11]发现用稀土铈对TiO2进行掺杂,随稀土含量的增加
TiO2颗粒的介电常数和电导率均有所提高,材料的电流变性能也发生了很大的变化,远优于同条件下纯TiO2,温度效应明显优化,在10—100oC均有较强的电流变活性,使用温度范围比纯TiO2电流变液大幅度加宽,80oC左右剪切应力达到最大。多孔电极膜的表面修饰
在多孔膜电极表面,由于有染料的存在,并且染料直接接触多孔膜电极表面,因而情况十分复杂[12],其中多孔膜表面最大的电荷复合来自TiO2
表面电子与电解质I3-的复合。为了抑制这一过程,常采用两种方法：一．在制备好的二氧化钛多孔膜表面通过水解低浓度的TiCl4修饰一层细小的TiO2,细小的TiO2既可以增加薄膜中大粒径,孔径的连接,增加
电子的传输,也可以对薄膜二氧化钛表面态进行修饰,降低电荷复合。葛伟杰等发现[13]多孔膜表面经TiCl4处理前后不仅开路电压增大了25%以上,而且短路光电流也提高了30%以上;
二．在二氧化钛多孔膜表面修饰一层氧化物等物质进行表面阻隔,即在未被染料附着的多孔膜电极表面覆盖上适合的阻碍物质,通过在电极表面形成一个势垒降低电荷复合。杨术明，黄春辉[14,15]等人发现对二氧化钛纳米薄膜表面进行稀土离子,Sr2+离子修饰能有效地抑制电极表面的电荷复合,其中采用Yb3+离子修饰TiO2电极在73.1Mw.cm-2白光照射下的光电转化效率比普通的TiO2电极增大了15%,在二氧化钛纳米粒子表面包覆一层氧化锌[15,16]后与没有包覆的二氧化
钛电极相比,短路光电流提高了17%,开路电压提高了7.4%,光电转化效率提高了27.3%.Kμmara[17]等人发现在纳米TiO2膜的表面沉积一层超细MgO的层也可以显著提高染料敏化电池的光电转换效率.不过的MgO 厚度及MgO的覆盖度对光电转换效率有明显影响,涂层过厚或涂层不足都会降低电子的入射率。我们实验室也在研究用磁控沉积ZnO或AZO膜来改善其性能，对TiO2的表面进行ZnO或AZO膜的修饰有两种原理。其一，通过导电材料的复合，降低TiO2多孔薄膜的电导率，进而使太阳电池的性能提高。其二，通过其他半导体材料的复合，改变复合材料的能带，即使电子跃迁时所克服的能量变小。实验结果表明，能有效提高电池的开路电压。
在电解质中加入一定电荷复合抑制剂也可提高电池的性能,如吸附了染料的TiO2电极在4－叔丁基吡啶中浸泡后,4-叔丁基吡啶通过吡啶氮与TiO2表面剩余氧空位配位结合,可阻止TiO2表面光生电子与I3-的复合,通过4-叔丁基吡啶的处理,电池的开路光电压和填充因子可分别提高74%和31%,总光电转化效率也为未处理电极的2倍[15]。导电玻璃的表面修饰
导电玻璃与电解质之间存在着较强的电荷复合,为了降低这种电荷复合,目前采取的方法主要有两种:
一．通过在导电玻璃上涂抹一层粒径细小的TiO2层,导电玻璃表面经TiCl4水解形成一层细小TiO2能明显提高光电压和光电流,降低导电玻璃与I3-的复合[13];二．将有机的阻碍物,例如多酚氧化物质,通过电沉积的方法沉淀在导电玻璃上,阻止其与电解质的直接接触[18,19].
综上所述,纳米TiO2多孔膜的引人,提高了电池光电转换效率,但是晶型和粒径
可控纳米TiO2的制备以及多层膜的优化设计与修饰极为关键.进一步优化电池的膜结构,强化太阳光的吸收,降低电荷复合,促进电子传输,仍是今后研究的重点[13]。1.4染料敏化剂
染料光敏化剂的性质是将直接影响染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率。对敏化染料分子的一般要求是：[20]
（１）能紧密吸附在TiO2表面，要求染料分子中含有羧基、羟基等极性基团；（２）对可见光具有吸收性能好；
（３）激发态能级与TiO2导带能级匹配，激发态的能级高于TiO2导带能级，保证电子的快速注入；
（４）其氧化态和激发态要有较高的稳定性和活性；（５）激发态寿命足够长，且具有很高的电荷传输效率。
在近20年染料研究中,人们合成了近千种染料,其中只有少数具有良好的光电敏化性能。这一类染料主要是钌的多联吡啶络合物,图1.4给出了该类染料研究过程中最重要的几种染料。1985年,Gratzel等人首次将敏化剂Ru(dcbpy)32+敏化到纳米晶TiO2电极上,得到了当时最高的光电
量子效率44%[21]。1988年Gratzel又把这种染料敏化到粗糙度约为200的纳米TiO2电极上,得到了73%的光电量子效率,470nm单色光光电转化效率达到12%,使人们看到了敏化染料用于敏化宽带隙半导体电极的应用前景。1990年R.Amadelli[22]合成了[Ru(bpy)2(CN)2]2Ru(bpy(COO)2)22,这种新颖染料1991年被Gratzel用于敏化10μm厚的纳米TiO2电上,最大光电量子效率达到100%,在模拟光源下电池的光电转化效率达到了
7%[23]。1993年,Gratzel等人再次合成了性质优良的ci-Ru(dcbpy)2某2(某=Cl-,Br-,I-,CN-和
SCN-)染料.它敏化到纳米晶TiO2电极上后,在480nm~600nm的波长范围内,其光电量子效率高达80%[24]。这是目前应用最广泛的一种染料,它自1993年被发明以来的8年时间里以其优越的光电性能令其他光敏染料无法与之媲美。直到2001年出现了一种黑色染料:Ru(tctpy)(NCS)3,它把原来ci－Ru(dcbpy)2某2的光响应谱极限向红光方向推进了100nm,在700nm波长处仍有70%的光电量子效率。
图1.4四种钌的多联吡啶络合物的结构
钌的多联吡啶络合物系列染料使得吸收全波段可见光成为可能,下一步的目标是要在全黑染料的基础上,进一步提高染料在700nm~920nm波长范围内的光电量子效率,使得染料的光响应谱线达到类似GaA的水平。一旦当染料的光响应谱截止波长达到920nm,即染料能够完全吸收920nm波长以内的紫外,可见,近红外光的全部能量,DSSC的短路电流将由现在最大的20.5提高到28mA/cm2,总光电转化效率也将达到15%以上[25]。
除了钌的多联吡啶络合物系列染料外,其他几类染料也具备一定的应用价值和潜力。这包括：
(1)有机类染料；紫菜碱和酞菁类有机物首先引起了研究者的注意。
(2)复合染料；为了最大限度的吸收可见光，近红外光波段的太阳光能,除了研究像钌的多联吡啶络合物那样的全黑染料以外，还有一种途径就是把两种或多种在不同光谱段有敏化优势的染料嫁接在一起,形成一种综合了各种嫁接染料优势在可见，近红外全波段均有较强光响应的复合染料。之前,已有研究者把紫菜碱和酞菁染料嫁接在一起,并敏化到纳米晶TiO2电极表面,结果显示该复合染料叠加了两种染料的敏化优势[26]。
(3)半导体量子点染料；此类染料是由PbS或者InA这类
II,VI,III,V族窄禁带的
纳米半导体颗粒组成。
(4)天然染料[27]；从自然界提取天然叶绿素用作染料也是一种途径.研究表明,Cu叶绿素敏化纳米晶TiO2膜在630nm处,能达到10%的光电转换效率，用它制得的太阳能电池总的光电转换效率为2.6%[24]。
(5)透明染料[25]；能源科学家们都有一个共同的理想,就是用太阳能电池板做窗玻璃.这在传统的硅太阳能电池领域简直不可思议,但是DSSC 具备与窗玻璃实现一体化的潜力。1.5电解质
电解质的组成及溶剂配方对太阳能电池的影响很大。电解质中还原剂必须能迅速地还原染料正离子，而自身还原电位要低于电池电位。电解质可分为液体电解质与固体电解质，液体电解质电池的转化效率较高，典型的液体电解质为LiI和Ｉ2的乙睛溶液。Gratzel[2]等采用的LiI/Ｉ2乙睛复合电解质溶液，金属钌吡啶配合物光敏化剂的太阳能电池，电池总转化效率高达10.4％。但是液态电解质存在以下缺点[20]：
（１）液态电解质导致TiO2表面的染料脱附，影响电池的稳定性；（２）溶剂可能与敏化染料作用导致染料发生光降解；（３）密封困难；
（４）电解质本身不稳定易导致太阳能电池失效；（５）载流子迁移速率很慢，在高强度光照时不稳定。
固体电解质可以避免这些缺点，但由于固体电解质电导率比较低以及固体电解质与电极界面接触差等原因导致当前固态纳晶染料敏化太阳能电池的光电转换效率比较低。
离子液体基电解质固化剂的种类较多，大致可分为以下三类：纳米粉末胶凝剂，有机小分子胶凝剂，聚合物胶凝剂。本文将分别就使用这三类胶凝剂制备的准固态离子液体基电解质的优缺点进行论述。纳米粉末胶凝剂
由于离子液体具有较强的极性，纳米粉末易于分散在其中，从而形成稳定的凝胶。Wang[28]等人报道了采用超声分散的方法以平均粒径为
12nm的SiO2纳米粉末胶凝MPII离子液体基电解质(0.5mol.L-
1I2,0.45mol.L-1N-甲基苯并咪唑)得到了离子液体基准固态电解质电池。该电池的光电转换效率高达6.1％，与不加SiO2纳米粉末的电池性能一样。说明在离子液体中加入纳米粉末胶凝剂形成准固态的电解质，基本上不影响太阳电池的性能。
Hiroki[29]等采用一系列纳米材料如多层碳纳米管,碳黑,单层碳纳米管,碳纤维,以及石墨作为胶凝剂固化离子液体基电解质所制备的DSSC性能见表1.4：表1.4使用不同凝胶的DSSC的光伏性能[29]
此类离子液体基准固态电解质电池具有制备过程较为简单,组分易于设计,电池的制备较为容易,且凝胶化后对电池性能基本没有影响等优点.但关于此类电解质长期稳定性的问题却一直未见报道。由于纳米材料本身较容易发生团聚并沉降，长期使用时有可能发生相分离的现象。因此此类
电解质的研究关键为在不影响电池效率的前提下找出较好的分散剂，使得凝胶更为稳定，以获得长寿，高效的DSSC。有机小分子胶凝剂有机小分子胶凝剂的种类很多。但目前应用较为成功的为含酰胺键和长脂肪链的有机小分子。有机小分子胶凝剂通过分子中酰胺键之间的氢键和伸展开的长脂肪
链之间的分子间力来固化离子液体，形成准固态的电解质。
Wtaru[30,31]等用含有酰胺键和长脂肪链的分子作为胶凝剂,胶凝离子液体。得到了离子液体基准固态电解质电池。光强为100mW.cm-2,在1.5个太阳下和电池有效面积为0.27cm-2时,该电池的短路电流密度为
11.8mA.cm-2开路电压0.64V,填充因子0.67,光电转换效率达到5.0%。与不加有机小分子胶凝剂的离子液体电解质电池的性能一样。这说明在离子液体中加入有机小分子胶凝剂形成准固态的电解质，基本上不影响太阳电池的性能。此类电池除了具有制备过程较为简单，组分易于设计，电池的制备较为容易，且凝胶化后对电池性能基本没有影响等优点以外，由于有机小分子胶凝剂的胶凝过程需要一定的时间，因此，此类电解质的固化过程可在电池内部完成，使得凝胶电解质具有对TiO2膜的渗透性较好,体系较为稳定等优点,具有较好的开发应用前景。聚合物胶凝剂
在离子液体聚合物胶凝剂中，偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)较具有代表性。此类聚合物在电解质中形成网络状结构,离子液体填充于其中，达到固化电解质的目的。Wang[32]等用PVDF-HFP作为胶凝剂,胶凝低粘度的离子液体MPII电解质,得到了以Z907为染料的离子液体基准固态电解质电池。在一个太阳下和电池有效面积为0.152cm-2时,该电池的短路电流密度为11.29mA.cm-2开路电压0.665V,填充因子0.712,光电转换效率达到5.3%。此类胶凝剂存在以下缺点：
（1）由于高分子溶于电解质后，粘度较高，电解质的灌注困难，造成电池制作难度增加。
（2）使用此类胶凝剂会造成电池效率轻微下降。
但由于聚合物电解质性能稳定，且具有一定的弹性，可作为柔性DSSC用电解质。目前对其性能及改性的研究较为活跃。
本实验也将使用倒相法制备PVDF-HFP体系，并在其中再加入不同的纳米粒子，来研究他们对DSSC性能的影响。1.6论文的研究内容和目标本论文介绍了染料敏化纳米晶太阳能电池的发展历程、结构、工作、原理和影响其光电转换效率的因素，可以看出，染料敏化纳米晶太阳能电池已成为研究的热点，并取得可喜的成就，其发展潜力不可估量。
综观近期文献报道，对染料敏化纳米晶太阳能电池应从以下几个方面进行研究：（１）纳米材料制备：电子在纳米晶传输过程中会与电子受体发生复合从而引起电流损失，因此需要在探索电极微结构与光电性质的基础上，寻找制备方法简单，性能优异的TiO2纳米晶材料，以减少电子在传输过程中的损失。
（２）界面特性：TiO2与染料之间，染料敏化剂和电解质之间，TiO2与导电玻璃之间等都存在界面问题，因此需要对界面之间的电子注入和传输机理进行研究。
（３）提高电池的开路电压：现在所制得染料敏化纳米晶太阳能电池的开路电压较低，一般都小于1V，提高开路电压将是今后研究的一个方向。
（４）染料：设计合成成本低，性能良好，能吸收大部分可见光敏化染料，从而提高染料敏化纳米晶太阳能电池光电转换效率。
（５）电解质：目前使用的液态电解质，由于存在一些问题，使得全固态纳米太阳能电池成为一个重要的研究方向，以提高其稳定性和使用寿命。
（６）大面积电池：要想使染料敏化纳米晶太阳电池走向实用化和产业化必须对
大面积电池进行研究。
本次论文实验是在武汉大学物理科学与技术学院实验室，在几位师兄师姐的指导和帮助下，合作完成的。主要是从（1），（5）两各方面对DSSC进行研究，以待提高其转换效率和稳定性。
我们通过在磁控得到的膜上再涂覆不同膜厚的纳米晶膜,找到最佳的膜厚,并争取得到一个较为稳定的涂覆方法和环境.以此再研究准固态的高分子电解质。我们使用倒相法制备这种准固态的电解质，是在高分子PVDF-HFP体系中掺杂不同比例TiO2的纳米粒子，再吸附固化电解液，以待使整个电池体系性能稳定并能达到较高的转换效率.第五章结论通过近年来对染料敏化纳米晶太阳电池的研究，其光电转化效率已能稳定在10％以上，寿命能达15—20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1／5—1／10，可以预计其性价比的优势在未来工业化和商业化上将很快得到充分的体现，必将在太阳电池领域占有一席之地，对它的研究将有利于缓解当今世界的能源危机问题，具有非常重要的现实意义。
本论文正是顺应太阳能电池的最新发展趋势，抓住DSSC电池存在的一些问题，通过改进优化实验条件，使电池性能得到提高。
1.制备出杂化电极，以磁控TiO2作为致密层，有效减小复合。再在磁控层上流延成型涂覆不同膜厚的纳米晶TiO2。发现随着膜厚的增加，
短路电流密度Jc增加，开路电压Voc减小，转换效率η增加，填充因子FF也增加。在膜厚为7.4-7.8μm时，转换效率达到了9.13％。
2.为使DSSC的性能更加稳定，研究了一种用倒相法制备的PVDF-HFP 体系的固
态电解质。并在体系中加入不同比例的纳米TiO2粒子。发现在PVDF-HFP/TiO2=10:3，聚合膜的表面形貌均一，孔径大小适合，更好的吸附电解液，有效减小电池的内阻。提高电池的短路电流和转换效率。
总之，染料敏化纳米晶太阳能电池具有低成本、寿命长、高效率、大规模生产结构简单和易于制造等众多优点，我们相信，随着技术的发展，这种太阳能电池将会有着十分广阔的应用前景。
关于染料敏化太阳能电池-一篇本科毕业论文第一章绪论1.1太阳能电池 能源短缺与环境污染是目前人类面临的两大问题。传统的能源媒,石油和木材按目前的消耗速度只能维持五十至一百年。另外,由此所带来的环境污染,也正在威胁着人类赖以生存的地球。而在人类可以预测的未来时间内,太阳能作为人类取之不尽用之不竭的洁净能源,不产生任何的环境污染,且基本上不受地理条件的限制,因此太阳能利用技术研究引起了各国科学家的广泛重视。 1.1.1太阳能电池的工作原理 当表面蒸发一层透光金属薄膜的半导体薄片被光照射时，在它的另一侧和金属膜之间将产生一定的电压，这种现象称为光生伏打效应，简称光伏效应。能将光能转换成电能的光电转换器叫太阳能电池，在半导体Ｐ—Ｎ结上，这种光伏效应更为明显。因此，太阳能电池都是由半导体Ｐ—Ｎ结构成的，最简单 的太阳能电池由一个大面积的Ｐ—Ｎ结构成，例如Ｐ型半导体表面形成薄的Ｎ型层构成一个Ｐ—Ｎ结，见图1.1.1。 图1.1.1Ｐ—Ｎ结太阳能电池原理示意图 太阳辐射光谱的波长是从0.3μm的近紫外线到几微米的红外线,对应的光子能量从4eV~0.3eV左右。由半导体能带理论可知,只有能量高于半导体带隙宽度(Eg)的光的照射,才能激发半导体中杂质捕获的电子通过带间跃迁从价带跃迁到导带,生成自由电子和空穴对,电子和空穴向左右极化而产生电势差。因此,制造太阳能电池的半导体材料的带隙宽度应在 1.1eV~1.7eV之间,由太阳光谱可知,最好是1.5eV左右。当光照在半导体
上满足Eg，在Ｐ型和Ｎ型两区内，就会光激发产生电子—空穴对。如果 在一个扩散长度的范围内，这些被激发出来的电子或空穴，就都有可能在 复合之前通过扩散运动到达Ｐ—Ｎ结的强电场区。半导体Ｐ—Ｎ结的界面 附近，电荷积累形成的阻挡层（耗尽层）中有一个强电场，场强方向由Ｎ 区指向Ｐ区。这样，在强电场的作用下，空穴由Ｎ区漂移到Ｐ区，而电子 则由Ｐ区漂移到Ｎ区。这样被激发的自由电子和空穴分别向左右漂移,将 使Ｐ区带正电，Ｎ区带负电，从而产生光生电动势Vph,接上负载R就可 产生光生电流Iph。 1.1.2太阳能电池的种类和研究进展 太阳能电池可分为固体电池和液体电池。前者如硅太阳能电池,后者 如半导体电解质太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础。根据所用材料的不同,太阳能电池又可分为: (1)硅太阳能电池;根据不同硅晶体材料可分成单晶硅太阳能电池,多 晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池有单晶硅(c－Si)，多晶硅(ploy－Si)，非晶硅(a－Si)； (2)无机化合物太阳能电池如砷化镓(GaA)，铜铟镓硒(CuInGaSe)，碲 化镉(CdTe)等; (3)有机/聚合物太阳能电池;(4)纳米晶太阳能电池等。 尽管制作电池的材料不同,但其材料一般应满足以下几个要求:(1)半 导体材料的禁带不能太宽;(2)要有较高的光电转换效率;(3)对环境不造成 污染; (4)便于工业化生产且性能稳定。
染料敏化太阳能电池的性能和稳定性提升 随着科技的不断进步，太阳能电池已经成为了未来能源的重要选择之一，而染料敏化太阳能电池作为太阳能电池的一种重要类型，其性能和稳定性的提高更是备受关注。本文将从染料敏化太阳能电池的原理、目前存在的问题以及解决方案等多个角度来探讨染料敏化太阳能电池的性能和稳定性提升。 一、染料敏化太阳能电池的原理 染料敏化太阳能电池是一种由染料吸收光子激发电子实现电能转化的太阳能电池。其主要包含染料、半导体、电解质以及电极等组成部分。染料吸收光子后，激发出电子并使其跃迁到半导体的导带上，从而产生电子空穴对，并通过电解质的传递过程最终输出电能。 二、目前存在的问题 染料敏化太阳能电池虽然具有高效的光电转换性能，但是其应用受到了很多限制，主要是以下两个问题： 1.稳定性不高：染料敏化太阳能电池在实际应用过程中，光电转换效率受到环境、温度、光强等因素的影响，同时染料易受光、热和氧化等因素影响而失效，从而导致其使用寿命短。 2.成本较高：染料敏化太阳能电池制造成本较高，同时由于其稳定性不高，需要频繁更换染料，导致不良经济效益。 三、解决方案 针对上述问题，科学家们提出了一些解决方案。 1.改善稳定性：为了提高染料敏化太阳能电池的稳定性，研究人员开始探索新型的染料材料和电解质，以及采用更耐光、抗热、抗氧化等特性的材料来增强其稳
定性。例如，利用新型聚合物电解质和高效染料材料的组合，可显著提高染料敏化太阳能电池的稳定性和耐久性。 2.改善成本效益：要解决染料敏化太阳能电池成本过高的问题，可以通过加强 生产方法的优化，降低制造成本。例如，更换低成本的电极材料、采用半导体量子点材料来替代染料等方法，可以有效地控制成本。 四、总结 综上所述，染料敏化太阳能电池的性能和稳定性的提升是一项重要的研究课题。通过改进染料材料、电解质以及电极等方面的技术，可以显著提高染料敏化太阳能电池的光电转换性能与稳定性；而通过降低成本的手段，可以加速染料敏化太阳能电池的商业化进程。未来，染料敏化太阳能电池的发展将会在环境保护和能源消耗上发挥重要作用，带来更为广阔的应用前景。
课程论文 课程名称 论文题目 姓名学号专业年级学院年月日 总分
染料敏化太阳能电池的发展综述 【摘要】由于染料敏化太阳能电池具有优良的稳定性和高转换效率，它具有极大的应用前景。本文就染料敏化太阳能电池的原理、各电池组成结构的优化等，对国内外学者的研究工作做以综述评论。 【关键词】太阳能染料敏化电极TiO2薄膜 1前言 在能源危机日益加深的今天，由于化石能源的不可再生；氢能利用中的储能材料问题依然没有解决；风能、核能利用难以大面积推广；太 阳能作为另一种可再生清洁能源足以引起人们的重视。利用太阳能，已经 是各相关学科一个很重要的方向。 1991年之前，人们对太阳能的利用停留在利用半导体硅材料太阳能电池上，这种太阳能电池虽然已经达到了超过15%的转化效率，但是它的光电转化 机理要求材料达到高纯度且无晶体缺陷，再加之硅的生产价格居高，这种 电池在生产应用上遇到了阻力。 1991年，瑞士的Gr' tzel教授小组做出了染料敏化太阳能电池，他们的电池基于光合作用原理，以羧酸联吡啶钌配合物为敏化染料，以二氧 化钛纳米薄膜为电极，利用二氧化钛材料的宽禁带特点，使得吸收太阳光 激发电子的区域和传递电荷的区域分开，从而得到了7.1%的高光电转换效 率，这种电池目前达到最高的转换效率是10.4%。由于这种电池工艺简单， 成本低廉（约为硅电池的1/5~1/10），并且可选用柔质基材而使得应用范 围更广，最重要的是，它具备稳定的性质，有高光电转换效率，这无疑给 太阳能电池的发展带来了巨大的变革。 正因为染料敏化电池的上述优点，许多学者就它的机理、各个组成部分的优化等相关内容作了一系列实验，这篇论文将就这些方面做以综 述简介，并加以分析和评论。 2，染料敏化太阳能电池工作原理 2.1染料敏化太阳能电池的选材 TiO2材料具备稳定的性质，且廉价易得，是理想的工业材料。由于它的禁带宽度是3.2eV ，超过了可见光的能量（1.71eV~3.1eV），所以需要用 光敏材料对其进行修饰。其中的染料敏化剂指多由钌（Ru）和锇（Os）等 过渡金属与多联吡啶形成的配合物；实验证明，只有吸附在TiO2表面的单 层染料分子才有有效的敏化作用，所以人们往往采用多孔纳米TiO2薄膜，利用其大的比表面积吸附更多染料分子，利用太阳光在粗糙表面内的多次 反射从而被染料分子反复吸收提高电池效率；电解质随染料的不同而有不 同的选择，总的来说，以含I-/I3 -离子对的固态或液态电解质为主。由 于电解质状态的不同，染料敏化太阳能电池分为液相电解质的湿化学太阳 能电池和固相电解质的固态太阳能电池。 2.2湿化学染料敏化太阳能电池结构及原理 主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物
染料敏化太阳能电池的研究与应用染料敏化太阳能电池，又称为Grätzel电池，是一种新型的太 阳能电池，它采用了新型的敏化物质，能够将太阳能转化成电能，并且具有透明、柔性、低成本等优点。近年来，染料敏化太阳能 电池在绿色能源领域受到了广泛关注和研究。本文将从染料敏化 太阳能电池的原理、研究进展和应用前景三个方面进行探讨。 一、染料敏化太阳能电池的原理 染料敏化太阳能电池是一种基于光电化学原理的能量转化装置。它将太阳辐射吸收并转化为电能，使之成为一种更加可用的能源 形式。该电池的基本结构由透明导电玻璃、染料敏化剂、电解质、对电极和光敏电极组成。其中，染料敏化剂是关键的能量转化介质，其作用是：吸收太阳光，在激发状态下电子跃迁至导电材料上，从而形成电荷的分离和运输。电解液则提供了离子的传输通道，以维持电荷平衡。光敏电极和对电极分别接受电荷，建立电 势差，形成电流。并且，由于特殊的电极材料和导电液体，这种 电池可以向两个方向输出电流，进而光伏效率得到提高。 二、染料敏化太阳能电池的研究进展
染料敏化太阳能电池由于其结构简单、成本低廉、灵活透明等优点受到了广泛关注。自1972年O'Regan和Grätzel教授首次提出Grätzel电池后，研究者们对它的改进和优化不断进行，目前已经取得了较为丰富的研究成果： 1、液态电解质Grätzel电池。1985年，Tennakone等人利用溶于有机溶剂中的银离子/亚铁氰酸盐作为电解质，制备出稳定的液态Grätzel电池。分别于对电极和光敏电极上采用铂和钾硝酸，其效率可达到5.2%。 2、固态电解质Grätzel电池。为了克服液态电解质Grätzel电池中电解液泄漏的问题，研究者们又发展出了固态电解质Grätzel电池。2000年，Zakeeruddin等人在TiO2纳米晶膜上涂覆了含PbI2等离子体和2,2',7,7'-四-(甲基丙烯酸乙酯)氧合物作为电解质的 Grätzel电池，其效率高达7.2%。 3、量子点染料敏化太阳能电池。2003年，Konarka公司使用CdS和CdSe量子点作为染料敏化剂，制备出量子点染料敏化太阳能电池，进一步提高了光电转换效率及稳定性，效率可以达到
染料敏化太阳能电池技术进展及未来 发展趋势 染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells，简称DSSCs）是一种颇具潜力的新能源技术，其具备成本低、灵活性高、适应性强等特点。近年来，该技术取得了长足的进展，并在可再生能源领域中受到广泛关注。本文将就染料敏化太阳能电池的技术进展及未来发展趋势进行探讨。 首先，DSSCs的技术进展表现在多个方面。最初的染料敏化太阳能电池采用了有机染料作为吸光物，结构简单，制备成本较低。随后，无机染料应运而生，其光吸收能力和稳定性得到了极大提升。同时，DSSCs的电解质也得到了改进，大大提高了电池的效率和稳定性。最新的研究进一步改进了DSSCs的电极材料，如钙钛矿材料，其光电转换效率达到了新的高度，不仅具有更高的能效，还具备较长久的稳定性。这些技术进展使得DSSCs在可再生能源领域具备了较高的竞争力。 其次，未来发展趋势方面，DSSCs技术还存在一些挑战和改进空间。首先，提高光电转换效率是目前研究的重点之一。尽管近年来DSSCs的效率取得了显著提升，但仍然较传统硅基太阳能电池低。因此，研究人员致力于提高染料的吸收率和电子传输效率，以进一步提高DSSCs的效率。此外，提高电池的稳定性也是发展的关键问题之一。DSSCs的耐久性仍存在问题，例如在长期使用中，染料和电解质可能发生分解和溶解，从而降低电池的效率和稳定性。因此，研究人员需要寻找更稳定的材料，并优化电池结构以提高DSSCs的寿命。 未来的发展趋势还包括进一步降低成本，提高可持续性和推广应用。DSSCs相对于传统硅基太阳能电池具有低成本、易于加工和灵活性等优势，但仍需要进一步降低制造成本才能
染料敏化太阳能电池的设计与制备染料敏化太阳能电池是一种利用染料敏化的半导体材料转化太阳能到电能的装置。其优点在于其制备简便，成本低，可在多种表面上实现太阳电池的制备。本文将从染料敏化太阳能电池的原理、设计、制备及应用等几个方面进行论述，以期对染料敏化太阳能电池有更深入的了解。 一、染料敏化太阳能电池的原理 染料敏化太阳能电池的原理是，在太阳辐射下，染料分子激发后吸收光子能量，其电子达到激发态，从而迅速注入到相邻的半导体TiO2导电带上形成电荷对，并在半导体中进行电荷传递，最终到达电极。“染料敏化太阳电池”的光电转换过程主要包括两个步骤：光吸收步骤和载流子分离步骤。 图1：染料敏化太阳能电池的示意图 二、染料敏化太阳能电池的设计
在染料敏化太阳能电池的设计中，主要分为染料的选择、电解 质的选择、半导体的选择以及电极的选择等几个方面。 1. 染料的选择：染料是染料敏化太阳能电池中最为关键的组件。选择染料时，需要考虑染料的吸收光谱、光敏剂量、稳定性等因素。 2. 电解质的选择：电解质是染料敏化太阳能电池中最重要的组 成部分。它的选择会影响染料的导电性和稳定性，从而影响染料 的性能表现。 3. 半导体的选择：染料敏化太阳能电池的半导体是主要的光电 转换器件。选择半导体时，需要考虑半导体的能带结构、光电转 换效率、稳定性及成本等因素。 4. 电极的选择：染料敏化太阳能电池电极是连接半导体和外部 电路的组成部分。以透明的锡氧化物(TO)和金属的铂(Pt)为电极为例，TO电极的主要作用是保证半导体吸收到光线，而Pt电极的 主要作用是在电荷分离后收集电荷。
染料敏化太阳能电池的制备方法主要有槽状、卷状、网状、量子点等多种结构。 1. 槽状染料敏化太阳能电池是通过在导电玻璃基板上涂覆TiO2粉末，然后通过浸泡法，向TiO2表面吸附染料，最后在半导体表面涂覆Pt电极的制备方法。 2. 卷状染料敏化太阳能电池是通过在铝箔上涂覆TiO2粉末，然后通过浸泡法，向TiO2表面吸附染料，并在TiO2表面涂覆Pt 电极后，将铝箔卷成螺旋形电极的制备方法。 3. 网状染料敏化太阳能电池是通过在不锈钢双绞丝上产生包覆TiO2粉末的氧化钛纳米管，吸附染料并在表面涂覆Pt电极后制备的。 4. 量子点染料敏化太阳能电池是基于制备了具有良好光吸收性质具有半导体量子点TiO2制备的染料敏化太阳能电池。
染料敏化太阳能电池的研究及发展前景分析 随着对可再生能源的需求不断增加，太阳能电池作为一种高效、廉价、环保的新能源技术，受到越来越多的关注。作为太阳能电池技术的一种，染料敏化太阳能电池因其具有高效率和低成本的特点，在目前的太阳能电池领域得到了广泛的应用和研究。本文将从染料敏化太阳能电池的基本构建和优缺点分析入手，探讨其未来的发展前景。 一、染料敏化太阳能电池的基本构建 染料敏化太阳能电池的基本构建主要由以下几部分组成： 1. 电极：由透明导电的材料（如氧化锌等）制成，通过增加电极表面的微观纳米结构和粗糙度，能够增加电极表面的有效反射率，提高光电转化效率。 2. 染料层：将染料分子涂放在不透明或半透明电极表面，通过吸收光子的能量产生电子-空穴对，从而将太阳能转化为电能。染料的选择和表面处理技术，可以有效促进电荷分离和传输效率的提高。 3. 电解质：电解液润湿染料层，并为电子提供传输介质。传统染料敏化太阳能电池使用的是液态电解质，但随着材料技术的发展，固态电解质正在逐步取代传统液态电解质。 4. 反电极：由透明的电极材料（如锡氧化物）制成，电子沿着反电极通道流回阳极，形成一个电子传输的通道。 二、染料敏化太阳能电池的优缺点分析 1. 优点：
（1）高光电转换效率：染料敏化太阳能电池由于可以吸收太阳光的不同波长，可以获得更广泛的太阳能资源。利用一些针对染料分子吸光光谱分析的研究，已经在实验中得到接近40%的光电转换效率。 （2）低成本：染料敏化太阳能电池的成本较低，製造过程中的成本也比较低廉。并且，由于该种太阳能电池使用的是低成本材料，省去了高温的生产过程，使用寿命也相对较长。 （3）效率不受光照角度的影响：染料敏化太阳能电池对于光照角度较为宽容，因此不受日光的时间、地区、角度等条件的影响。 2. 缺点： （1）稳定性差：染料敏化太阳能电池的稳定性不如硅基太阳能电池。 （2）耐久性差：染料敏化太阳能电池的寿命较短，不足硅基太阳能电池的寿 命长。 （3）生产尚不成熟：染料敏化太阳能电池生产和应用仍处于发展阶段，技术 不成熟，还需要进一步的研究和改善。 三、染料敏化太阳能电池的发展前景 随着可再生能源产业的不断发展，染料敏化太阳能电池因为其成本低廉、效率 高的优势，具有广阔的应用前景。 技术上，一些新型的敏化剂和电解质的研究和应用，已经逐步克服了染料敏化 太阳能电池的一些缺点，并取得了一定的进展。例如，目前正在研究使用非挥发性有机物质而不是液态的溶剂作为电解质的染料敏化太阳能电池，旨在消除液态电解质易挥发、渗透以及不稳定的缺点；研究使用具有长寿命的绉合剂等也给染料敏化太阳能电池带来了新的发展机遇。
染料敏化太阳能电池 概述 染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs）是一种新型的太阳能转换技术，利用有机染料将太阳光转化为电能。相比于传统的硅基太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有成本低、制备简单、柔性可调、较高的光电转换效率等优势，因此在太阳能领域引起了极大的关注。 工作原理 染料敏化太阳能电池的工作原理基于光生电化学效应。首先，太阳光穿过负载染料的半透明电极，并被染料吸收。吸收光的染料分子会产生激发态电子，在紧随其后的电解质中获得电子并转移到染料颗粒表面的半导体纳米晶粒中。然后，电子从半导体纳米晶粒中通过电解质转移到透明导电玻璃电极上，并通过外部电路回流到半透明电极上的电子空位。这个光生电子转移和电荷回流的过程形成了一个光电转换的闭合回路，从而产生出可用的电能。 结构组成 染料敏化太阳能电池主要由光电极、电解质和透明导电玻璃电极构成。 光电极 光电极是染料敏化太阳能电池的关键组成部分，其中包含染料、半导体纳米晶粒和电子传输材料。染料通过吸收光能将其转化为激发态电子，而半导体纳米晶粒
则负责接收和传输这些电子。电子传输材料位于半导体纳米晶粒和透明导电玻璃电极之间，起到连接和传输电子的作用。 电解质 电解质是染料敏化太阳能电池中的离子液体，它能够扩散和传输电子，并且具有足够的氧化还原能力。常用的电解质有有机液体和无机液体两种。 透明导电玻璃电极 透明导电玻璃电极位于DSSCs的底部，通常由锡氧化物（SnO2）或氟化锡（FTO）等材料制成。透明导电玻璃电极的作用是提供一个支撑底座，以及给流经DSSCs的太阳光提供一个透明的通道。 制备方法 光电极制备 光电极的制备主要包括染料吸附、半导体纳米晶制备以及电子传输材料的涂布等步骤。首先，将染料溶液涂覆到透明导电玻璃电极上，并通过烘烤步骤将染料固定在电极上。然后，将半导体纳米晶溶液涂覆到染料覆盖的电极上，并进行烧结使纳米晶粒固定在电极上。最后，涂布电子传输材料，形成光电极。 电解质制备 常用的电解质制备方法包括溶剂法和固体态法。溶剂法是将电解质溶解在合适的有机溶剂中，并与染料敏化的光电极进行浸渍。固体态法则是将电解质固体直接掺杂到光电极中。
八羧基酞菁染料用于染料敏化太阳能电池的研究自从1991年O’Regan和Gratzel等报道了他们的开创性工作,染料敏化太阳能电池(DSSCs)以其高效的光电转化效率、低的生产成本引起广大科学技术研究者们的兴趣,经过二十多年的发展,逐步成为传统太阳能电池最有可能的替代者。如何提高DSSCs的光电转化效率,是DSSCs研究的关键问题,本课题从共吸附剂竞争吸附、在电池体系中引入金属纳米复合颗粒和染料的更宽光谱响应范围三个方面开展工作,对基于酞菁类染料敏化剂的DSSCs性能进行了系统的研究和优化,提高了电池的光电转化效率。本论文中使用微波加热反应法设计合成了四种不同3d轨道(3d0、3d5、3d6、3d10)的八羧基金属酞菁(八羧基酞菁镁、八羧基酞菁锰、八羧基酞菁铁、八羧基酞菁锌),并利用红外光谱、紫外可见光谱、核磁共振氢谱／碳谱对这些化合物进行结构表征,研究了染料的热性能、光性能和电化学性能,并将其应用于DSSCs,系统地考察了金属八羧基酞菁染料与电池性能 之间的关系。 研究结果表明,八羧基酞菁铁具有相对最佳的热稳定性能,热分解温度最高(504℃)；八羧基酞菁锌具有相对最大的Q带摩尔吸光系数(4.07×104M-1cm-1);染料八羧基酞菁铁和八羧基酞菁锌的基态和激发态氧化还原电位同时满足了染料激发态电子向Ti02导带注入和染料再生的电位要求；八羧基酞菁锌染料敏化的太阳能电池在模拟太阳光(AM1.5G,100mW cm-2)光照下,具有相对最高的短路光电流(0.409mA cm-2).开路光电压(0.429V)和光电转化效率(0.13%)。酞菁染料有较强的聚集倾向,阻隔了光生载流子的传输通道,得到相对低的光电转化效率。引入凹凸棒土纳米颗粒(AT)为共吸附剂对八羧基酞菁锌敏化的太阳能电池的光伏性能进行了优化。
染料敏化太阳能电池的研究现状及其应用前 景 染料敏化太阳能电池是一种新型的光电转换器件，其优点在于价格低廉、制备简单、可塑性强、光电转换效率高等。目前，染料敏化太阳能电池的研究已经取得了一些进展，并得到了广泛的关注和应用。本文将从染料敏化太阳能电池的原理、研究现状和应用前景等方面进行论述。 一、染料敏化太阳能电池的原理 染料敏化太阳能电池的核心部件是一种染料分子，在阳光的照射下能够吸收光能，并将其转化为电能。染料分子一般由两部分构成，即染料分子和电子受体。染料分子吸收光能后，电子便被激发到受体的导带上，而染料分子中的空穴则被氧化剂捕获，在某些电解液中，电子和空穴便可以沿着电解液中的导电链传输，最终到达电极表面，从而产生电流。 二、染料敏化太阳能电池的研究现状
染料敏化太阳能电池的研究始于90年代初期，并在近年来得 到了广泛的发展和研究。目前，重要的染料敏化太阳能电池有三 种类型，即液态染料敏化太阳能电池、固态染料敏化太阳能电池 和有机-无机钙钛矿太阳能电池。其中，液态染料敏化太阳能电池 是第一代染料敏化太阳能电池，具有可调谐能谱、制备容易等优点，但其使用寿命较短、稳定性差等缺点限制了其应用前景。相 比之下，固态染料敏化太阳能电池具有良好的光电性能和较好的 稳定性，但其制备和性能调整难度大，仍存在需要优化的地方。 而有机-无机钙钛矿太阳能电池则被认为是最为重要的染料敏化太 阳能电池之一，其光电转换效率高、稳定性好、制备简单等优点，使其在未来的能源领域中展现出良好的应用前景。 三、染料敏化太阳能电池的应用前景 染料敏化太阳能电池在未来的应用前景广阔，其中最具有潜力 的是其在建筑、车辆和电子设备等领域的应用。在建筑领域中， 染料敏化太阳能电池可以被直接塑造成为可替代建筑外墙、天窗 等元素，使得建筑具有更好的一体化和更加环保的特点。在车辆 领域中，染料敏化太阳能电池可以利用随处可见的太阳能将车辆 电池充电，使得车辆具有更加绿色和高效的特点。而在电子设备
染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势 染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池，其性能不仅可以与 传统的硅太阳能电池相媲美，而且具有制造成本低、工艺简单、颜色可控等优点，在可再生能源领域具有广泛的应用前景。该文将从DSSC的基本原理、研究进展及发展趋势三个方面进行分析。 一、DSSC的基本原理 DSSC是一种基于电荷转移机制的太阳能电池，其组成由导电玻璃/氧化物电极、染料敏化剂、电解质以及对电子收集和传输的层等组件构成。当太阳光照射到电极上的染料敏化剂时，其分子吸收太阳光能并将其转化成电能，产生电子-空穴对。 电解质负责将产生的电子传递到导电玻璃/氧化物电极上，从而实现电荷的分离和 传输。对电子收集和传输的层则负责将电子从导电玻璃/氧化物电极转移到电池外部，实现电能的输出。 二、DSSC的研究进展 近年来，DSSC研究领域一直处于快速发展阶段，涉及到染料敏化剂、电解质、对电子收集和传输的层等方面的研究。其中，染料敏化剂的设计和合成是DSSC研究中的关键问题之一。早期的染料敏化剂是基于天然染料的，但其吸光光谱窄、稳定性较差等问题限制了其应用。近年来，人们借鉴复杂有机分子或金属有机框架材料等方法，逐渐开发出吸光光谱宽、光稳定性好的新型染料敏化剂，如卟吩骨架材料、钴金属染料等。另外，电解质的研究也取得了长足的进展。传统的电解质为液态电解质，但其稳定性较差、易挥发等问题限制其应用。因此，人们逐渐开发出了固态电解质、有机-无机混合电解质等替代电解质，并取得了良好的效果。 三、DSSC的发展趋势 未来，DSSC的研究方向将主要集中在提高其效能和稳定性以及降低制造成本 等方面。首先，提高效能将是DSSC研究的主要方向之一。研究人员可以通过改变
染料敏化太阳能电池中光电转换机理探究 染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs）作为一种新型的太阳能利用技术，具备了很大的发展潜力。它可以用较低成本制备，并具备良好的光电转换效率。本文将探究染料敏化太阳能电池中的光电转换机理。 首先，我们需要了解染料敏化太阳能电池的基本构成。DSSCs的主要组成部分包括：染料、半导体电极、电解质和对电极。在电解质中，染料吸收到太阳光的能量，将其转化为电子。随后，这些电子通过染料向半导体电极输运，最后通过对电极和外部电路返回到染料中。在这个过程中，光能量被成功转化为电能。 然而，染料敏化太阳能电池的光电转换过程并不简单。其中一个关键的步骤是染料吸收太阳光后的激发态维持时间。染料的激发态维持时间越长，就能够捕获更多的光子能量，并将其转化为电子。因此，研究者们通过合理设计染料结构和选择合适的半导体材料，来延长染料的激发态寿命，提高光电转换效率。 染料的选择是影响染料敏化太阳能电池性能的关键因素之一。通常，染料应具备以下特点：广谱吸收太阳光的能力、高度的光吸收效率、高度的光电转换效率以及良好的电子输运性能。对于寻找合适的染料，研究者们运用量子化学计算方法，通过计算和模拟，寻找具有理想特性的染料。同时，他们也进行了对比研究，探究不同染料结构对光电转换效率的影响。 除了染料的选择，半导体电极也对光电转换效率起着重要作用。目前常用的半导体电极材料主要有二氧化钛（Titanium Dioxide，TiO2）、氧化锡（Tin Oxide，SnO2）和氧化锌（Zinc Oxide，ZnO）等。其中，TiO2是最常用的材料，因其光电转换效率高、化学稳定性好而备受关注。在半导体电极的制备过程中，研究者们还探索了针对不同材料的表面修饰方法，以提高其催化活性和电子传输效率。 此外，电解质也对染料敏化太阳能电池的性能有重要影响。电解质应具备较高的离子传导性、良好的稳定性和低的电子传输能力。目前常用的电解质有液态电解
染料敏华太阳能电池 随着人们对能源的需求量与日俱增以及世界能源缺 E1日益增大，以模拟光合作用为原理的染料敏化太阳能电池 (DSC )由于制作工艺成本低廉、制作流程易操作、形状色彩多样化、随光强变化性能稳定等诸多优势被认为是可再生能源利用中的一颗璀璨明珠，具有广阔的市场应用空间和开发前景。在我国太阳能充足的区域发展染料敏化太阳能电池，不但能改变我国能源短缺和环境恶化的现状，也有利于我国抢占相关领域未来竞争的制高点。随着2006 年 1 月 1 日《可再生能源法》的正式生效，我国的太阳能利用行业也进入迅猛发展的快车道。 与传统硅太阳能电池依靠在 p-n 结内建立电场来实现电荷与空穴分离工作不同的是，DSC 依靠一个“多个独立单元的组合”来实现电子和空穴在固液两相中的分离．1991由O’Regan 和Gratzel研发的基于TiO2多孔膜光阳极，染料，电解质和对电极组成的三明治结构染料敏化太阳能电池。导电基底、氧化钛薄膜、染料敏化剂、电解质和对电极相互结合构成了 DSC 。其工作原理为：物理或化学吸附在氧化钛薄膜表面的染料敏化剂分子在接收一个光子后跃迁至激发态，同时产生的电子注入到氧化钛的导带上， 1
并迅速通过外电路的负载载荷传递到对电极上；与此同时，被氧化的染料敏化剂分子将被电解质中的氧化还原电对还原，而电解质中的氧化产物将扩散到对电极上并被还原，进而完成整个光电化学循环。由于DSC光生电荷的机理与自然界中植物的光合作用非常相似，因此也被称为人工光合作用。 人们可以根据自己口味，采用不同的食材和酱料。为了提高染料敏华太阳能电池的转换效率，科研工作者致力于制备各种结构与形貌TiO2纳米光阳极，掺杂改性的TiO2光阳极，合成新的还原电对以及能够更有效吸收可见和近红外光的新染料。目前在DSSCs中最常用的N3染料及其衍生物由于其能带隙大约1.8eV，所以能够吸收最长太阳光光谱也就到700nm左右，这就导致了太阳光谱中近50%的近红外光谱的能量浪费。因此，DSSCs的性能在较大程度上受限于这种光谱范围所造成的损失。 于是上转换染料敏华太阳能电池孕育而生。上转换概念于1959年首次提出，它是一种非线性的光学过程，即上转换材料中的离子通过吸收两个或者多个近红外低能光子然后跃迁到激发态，激发态不稳定从而向下跃迁，伴随着一定频率的可见光谱辐射，即将近红外光谱转换为可见光谱（反斯托克斯效应）。上转换材料中， 2
新型染料敏化太阳能电池的研究进展及应用 前景 近些年来，新型太阳能电池技术日益得到重视，其应用在环保、节能等领域也越来越广泛。其中，新型染料敏化太阳能电池成为 了热门研究方向之一。本文将重点介绍新型染料敏化太阳能电池 在研究上的进展以及其应用前景。 一、新型染料敏化太阳能电池的发展历程 染料敏化太阳能电池（DSC）最早提出于1991年由瑞士联邦 理工学院的O'Regan和Graetzel所发明。DSC技术使用染料吸收 阳光中的光子，将其转化为电子，形成阳极和阴极，产生电流。DSC的优势在于其材料成本低、生产成本低、高效率、可定制化 等因素，因此备受人们关注。DSC最初的染料是对苯二酚，但是 受到光稳定性和可再生能力的限制，使DSC还无法完全实现商业化。因此，寻找新型染料敏化太阳能电池材料成为了研究者们的 主要方向。
随着时间的推移，新型染料敏化太阳能电池的发展取得了很大 的进展。一些新的染料被发现，例如卤素染料、荧光染料和钙钛 矿染料，使DSC的光电转换效率得到了提高。 二、现有新型染料敏化太阳能电池的优势和研究进展 1、高效率 新型染料敏化太阳能电池相比传统的硅基太阳能电池，其效率 明显提高。近年来，国内外学者多次发表关于新型染料染料敏化 太阳能电池的研究成果，最高的光电转换效率约为18%。虽然这 个效率远低于硅基太阳能电池，但染料敏化太阳能电池由于独特 的结构设计和使用分子级别的钝化层，其效率有望在未来进一步 提高。 2、材料成本低 在制造DSC所需要的材料上，与传统硅基太阳能电池相比， 新型染料敏化太阳能电池的材料成本远低于后者。在使用过程中，染料敏化太阳能电池还可以通过人工制备来达到可持续性的效果。
基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池的 研究 近年来，随着对新能源的需求日益增大，太阳能电池逐渐成为了人们关注的焦点。然而，传统的硅太阳能电池具有成本高、能源利用率低等缺陷，因此研究人员开始将目光投向了染料敏化太阳能电池。而基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池则被认为是未来太阳能电池的重要发展方向。 一、传统染料敏化太阳能电池的缺陷 首先，让我们来了解一下传统的染料敏化太阳能电池有哪些缺陷。 传统染料敏化太阳能电池将染料分子吸附在电极表面，进而将太阳能转换为电能。然而，由于染料分子易受光热破坏，因此其使用寿命较短，轻微的热量或紫外线辐射都有可能导致其失效。此外，染料敏化太阳能电池的转换效率受光吸收深度的限制较大，只有特定波长的可见光被吸收后才能将其转化为电力，因此效率较低。 二、基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池的优势 针对传统染料敏化太阳能电池的缺陷，研究人员开始探索新型染料敏化太阳能 电池，并陆续提出了基于纳米晶体的染料敏化太阳能电池。 基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池是将染料分子嵌入到纳米晶体中，通 过量子点效应改变了光电转换的机理，使光照射到电池中的所有波长均可以被吸收，从而增加了光吸收的深度，提高了光电转换效率。此外，纳米晶体的直径越小，电化学界面面积越大，则敏化吸附膜与纳米晶体界面的热化学稳定性也会提高，增加了染料分子的使用寿命。 基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池还具有以下优势：
1. 对光的响应速度更快：传统染料敏化太阳能电池的响应速度较长，而基于纳米晶体的染料敏化太阳能电池则可以在纳秒级别内完成，响应速度大大提高。 2. 抗光热稳定性好：纳米晶体的尺寸较小，表面电子的密度高，使得纳米晶体的电子与染料分子电子之间的相互作用增强，从而提高了染料分子的稳定性和耐久性。 3. 结构简单，成本低：与传统硅太阳能电池相比，基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池可以制备成薄膜形式，同时生产成本也更低。 三、未来展望 理论上，基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池的转换效率可以超过传统硅太阳能电池，其拓展潜力巨大。 目前，在实验室阶段，已有部分学者通过改进电子传输方向、控制电子重组和盐桥开关等技术提高转换效率。未来，随着纳米科技和材料科学发展，基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池有望在寿命、效率等多个方面有所突破，为人类未来提供更为清洁、高效的能源选择。 结语： 基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池是当前太阳能电池研究的热点，其具有显著的优势，未来发展潜力巨大。虽然在实际应用中还存在一些挑战和限制，但是这不会影响其成为太阳能电池领域的重要发展方向，我们期待在不久的未来看到基于纳米晶体的新型染料敏化太阳能电池在全球范围内得到广泛应用。
染料敏化太阳能电池中的光致变色现象及机 理研究 染料敏化太阳能电池是一种利用染料分子吸收太阳光子激发电子的形式来产生 电能的新型能源技术。其中光致变色现象则是一种能够改变材料颜色的性质，这种性质在染料敏化太阳能电池的光电转换中有着重要的作用。本文将从染料敏化太阳能电池中的光致变色现象及机理研究角度出发，深入探讨这种技术的原理和应用前景。 一、染料敏化太阳能电池的工作原理 染料敏化太阳能电池是一种将染料分子吸收太阳光子激发电子的能量转化为电 能的新型光电转换技术。它主要由阳极、阴极和电解质三个部分组成。阳极通常是透明导电层，如氧化锌或二氧化钛薄膜，其中夹层一种光敏染料。染料吸收太阳光子后，经过激发会向阳极中注入电子。阴极通常是由纳米晶和碘离子组成的电解质。当染料注入电子到阳极后，它们将从阳极移动到阴极，从而产生电流。波长小于600纳米的太阳光子被吸收和转换为电能，从而产生可观的电能输出。 二、染料敏化太阳能电池的光致变色现象 染料敏化太阳能电池中的染料吸收光，会发生激发态的电荷分离，这些荷子移 动到阳极使电流产生。同时，激发态电子还可能与分子轨道的振动模式相互作用，这种相互作用与将电子从激发态转换到基态所发生的跃迁相互作用不同。这种相互作用，也称为光致变色现象，通常表现为分子的颜色随着其激发态的性质而改变。 三、染料敏化太阳能电池光致变色的机理研究 比较不同染料分子的光致变色现象，可以揭示染料的光物理性质。一些研究者 提出，如果分子中存在比较强的D-π-A（接受-给予-接受）结构，那么一定会有明 显的颜色变化。此外，不同的溶剂、温度和 pH 值也会对分子的光致变色效应产生
染料敏化太阳能电池的性能分析与优化研究 随着各种环保能源的发展，太阳能电池成为了人们研究的热点之一。而其中比 较新兴的一种电池则是染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池由吸光染料、电解液和电极三部分构成，这种电池的发明打破了传统晶体硅太阳能电池制造需要昂贵的硅素棒技术，其生产成本也更低，便于普及。今天，我们就来聊一聊染料敏化太阳能电池的性能分析与优化研究。 一、性能分析 1.1 理论上的能量转化效率 染料敏化太阳能电池的能量转化效率是表征其性能的重要指标。而其理论上的 能量转化效率理论上可达到44%，比起传统的硅质太阳能电池，这个数值还是相 当可观的。而这个数值的大小并不是由吸光染料的光谱范围来决定的，而是取决于吸光染料的自由能和电子结构，电解液中的电子接受者以及电极材料的选择等因素。 1.2 实际上的能量转化效率 然而，在实际应用中，染料敏化太阳能电池的能量转化效率却往往相差甚远。 这是由于光电转化效率、电荷收集效率和电荷注入效率受到多种因素的影响，如对电解质和染料的选择，以及电极材料和电池结构等因素。因此，想要提高染料敏化太阳能电池的能量转化效率，就需要在这些指标上进行优化。 二、优化研究 2.1 对电解质和染料的选择 电解质与染料的选择是影响染料敏化太阳能电池性能的重要因素之一。尤其是 电解质，它们不仅需要保证电荷传输，还需要提供较高的离子浓度才能满足要求。因此，研究者需要对各种电解质进行测试，找到最适合染料敏化太阳能电池的组合。
同样的，染料也需要根据电极材料和电解液的性质进行选择。一般来说，要选 择吸光能力好、电荷转移速率快、还原和氧化能力强的染料。 2.2 提高电荷收集效率 提高电荷收集效率，是提高染料敏化太阳能电池能量转化效率的重要途径之一。为了提高电荷收集效率，研究者们试用了多种提高电子传输能力的方法。例如，将TiO2纳米结构通过表面修饰等方法，可以大幅提高电子传输效率，从而提高电荷 收集效率。 2.3 增强电荷注入效率 在染料敏化太阳能电池中，光电流强度和电荷注入效率之间存在明显的关联。 因此，研究者们也在尝试寻找注入电荷效率更高的电极材料。例如，采用导电聚合物时，可以通过半导体-导体（p-n）界面优化电子注入效率，从而得到更高的光电 产率。 三、总结 染料敏化太阳能电池的出现，极大地推动了太阳能电池的发展，其成本低、光 谱响应范围宽，因此一直受到科研人员的关注。然而，染料敏化太阳能电池的实际能量转化效率与理论相去甚远，进一步的优化研究工作也必须持续展开。只有这样，才能更好地应用于实际生产过程中，带来更多环保能源的贡献。
在为期三个礼拜的实习时期，我针对自己的毕业设计题目——染料敏化太阳能电池进行大批的资料盘问，包含论文研究的目的与意义、传统太阳能电池与染料敏化太阳能电池的异同、燃料敏化太阳能电池的国内外现状和发展远景等。在这三个礼拜的实习期中，不但使我对世界能源的情况有了更深一步的认识，加深了我的能源节约意识，并且对于染料敏化太阳能电池的制作过程有了详细的认识与认识，更是学习到研究者的慎重的逻辑思想，这对于我今后的学习和工作会有极大的帮助。 一论文研究目的与意义 人类迄今已有400万年的历史，在这时期，人类从学会使用火开始，经过石器、铁器时代，直到近代工业化革命，各种技术发明令人类文明到达了一个亘古未有的高度。同时，人类耗费的能源也日趋增添，此中煤、石油等是今日主要的能源本源。今日，能源更是人类社会赖以生计和发展的物质基础，在公民经济 中拥有特别重要的战略地位。能源相当于城市的血液，它驱动着城市的运行。现代化程度越高的城市对能源的依赖越强，因为能源在维系以下重要功能：照明、 交通、餐饮、供暖、降温、自动化管理系统。能源必然已经成为人类生计与发展的不行或缺的一部分。但是跟着世界经济连续、高速地发展，能源欠缺、环境污染、生态恶化等问题逐渐加深，能源供需矛盾日趋突出。当前生界能源花费以化石资源为主，此中中国等少量国家是以煤炭为主，其余国家大多数则是以石油与天然气为主。依据专家展望，按当前的耗费量，石油、天然气最多只好保持不到 半个世纪，煤炭也只好保持一二百年。所以无论是哪一种老例能源结构，人类面对的能源危机都日趋严重。与此同时，大规模使用化石燃料到现在，环境污染已经到了地球难以承受的程度。工业革命以来，煤炭、石油、天然气、水电、核能与 可再生能源等接踵大规模地进入了人类活动领域。能源结构的演变推进并反响了世界经济发展和社会进步，同时也极大地影响了全世界二氧化碳排放量和全世界气