25--染料敏化太阳能电池关键材料的设计 郭文跃 中国石油大学

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。

染料敏化太阳能电池摘要染料敏化太阳能电池是目前太阳能电池研究的重要方向之一，因其工艺简单，成本低引起了各国科学家的广泛兴趣。

本论文选用天然植物为原料，提取其中的天然色素制备染料敏化太阳能电池。

详细介绍了染料敏化太阳能电池的设计及制备过程，并测出它的开路电压和短路电流，研究它的电学特性并分析影响它电学特性的因素。

关键字：太阳能 DSSC 天然染料新能源ABSTRACTDye sensitized solar cell is one of the important direction of the current solar cell research, because of its simple process, low cost has attracted wideinterest of scientists.This paper selects the natural plant as raw material, extracting the natural pigment, preparation of dye sensitized solar cell. Details of the dye sensitized solar cell design and preparation process, and to test the open circuit voltage and short circuit current of the electrical properties of it, and it analysis of the influencing factors of its electrical characteristics.Key Words:Solar energy DSSC Natural dyes New energy目录第1章课题整体框架 (1)1.1 课题任务 (1)1.2 课题要求 (1)1.3研究意义 (1)第2章设计方案 (3)2.1染料敏化太阳能电池的概述 (3)2.1.2 染料敏化太阳能电池的发展 (3)2.1.2 性能术语及基本概念 (4)2.1.2.1 I-V曲线 (4)2.1.2.2开路电压 (4)2.1.2.3 短路电流 (4)2.1.2.4填充因子 (4)2.1.3 染料敏化太阳能电池工作原理 (5)2.2 材料和仪器部分 (5)2.2.1 材料 (6)2.2.2仪器 (6)2.3 设计过程 (6)2.3.1 光阳极的制备 (6)2.3.1.1二氧化钛薄膜 (6)2.3.1.2 二氧化钛薄膜光阳极的制备 (6)2.3.2 天然染料的提取过程 (8)2.3.2.1 染料的要求 (8)2.3.2.2染料的提取 (10)2.3.3 对电极的制备 (13)2.3.4 电解液 (13)2.3.4.1 液态电解质系统 (14)2.3.4.2溶胶-凝胶（准固态）电解质系统 (14)2.3.4.3 全固态电解质系统 (15)2.3.4.4 电解液的制备 (15)2.3.5 电池的组装 (15)2.3.5.1 染色 (15)2.3.5.2 电池组装 (15)2.3.6 染料敏化太阳能电池的电学性能测试 (15)第3章调试与实现 (18)3.1 实现功能描述 (18)3.2 实验结果分析 (18)3.3 设计中的重点难点 (19)3.3.1 设计中的重点 (19)3.3.2 设计中的难点 (19)3.4 解决方案 (19)3.5 实现展示 (20)第4章总结 (21)第1章课题整体框架参考文献 (22)第1章课题整体框架1.1 课题任务1、用溶胶-凝胶法制备纳米薄膜；2、选择并提取天然染料；3、设计并制作染料敏化太阳能电池；4、测出其开路电压及短路电流等数据，分析DSSC性能及影响因素。

量子点敏化太阳能电池制备、组装与测试——新能源专业综合研究型实验杨广武;孙笑宇;郭文跃【摘要】结合能源和环境背景下的新能源专业的特点,从研究性教学的理念出发,开设了“量子点敏化太阳能电池的制备、组装与测试”综合研究型实验项目,阐述了实验设计的思路、内容和方法.实践表明,该实验选题新颖,学生参与的积极性高,能够帮助学生深入了解太阳能电池的工作原理、制备过程、测试表征手段及数据处理方法等知识.“课前准备”、“课堂执行”、“课后拓展”三阶段多层次的实验训练,全方位培养了学生的综合素质和创新精神.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2015(032)012【总页数】5页(P79-83)【关键词】新能源;太阳能电池;量子点;综合研究型【作者】杨广武;孙笑宇;郭文跃【作者单位】中国石油大学(华东)理学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】TM914.4;G642.423能源短缺和环境污染制约着我国经济和社会的可持续发展,开发利用清洁高效的新能源是解决能源和环境问题的重要途径[1-3]。

随着新能源的发展,新能源行业的人才需求日趋增长。

2010年教育部首次批准浙江大学、华北电力大学等11所大学开设“新能源科学与工程”专业和“新能源材料与器件”专业,截至2015年,全国开设新能源专业的高校已经达到46所[4]。

然而,由于开设时间较晚,我国的新能源专业建设还处于起步阶段,需要不断研究与探索[5]。

在新形势下,新能源专业如何改革和调整,以适应人才培养的要求,成为各大高校相关教育工作者的工作重点[6]。

实验教学作为本科生的重要教学内容,是理论联系实际的纽带。

因此,加强实验教学,对培养兼具理科基础和工科技能的高素质新能源专业人才是十分重要的[7-10]。

在众多新能源中,太阳能因其清洁、环保、无污染、取之不尽、用之不竭等诸多优点,被认为是未来最有希望的新能源之一[11-12]。