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新能源课程染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作教学实验报告电气01 王平090410204/22 Monday《染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作》教学实验一、研究背景：随着工业发展和技术进步，人类对能源的需求与日俱增。
因此开发新的绿色能源，减少对环境的冲击影响，是迫切需要研究的课题。
绿色能源种类很多，本实验将针对染料敏化太阳能电池（DSSC）进行实验制作，以了解其设计原理及机制。
二、实验目的：了解染料敏化太阳能电池（DSSC）发电原理，掌握DSSC基本制作方法和的电池性能测定；理解决定DSSC性能的材料方面的影响因素，实验比较不同燃料、不同光线对电池性能的效果。
三、实验技能：学习研磨制样、材料的选择、万用电表的使用、涂布coating及组装、测试太阳能电池。
四、工作原理：本实验所制备的染料敏化太阳能电池（DSSC），是一个电化学反应过程装置。
由正极、负极、电解质液组成。
其中正极为涂布有石墨的导电玻璃；负极为涂布有二氧化钛的导电玻璃；二氧化钛为多孔纳米结构，吸附有染料或光敏剂；电解液为含碘化合物，能够产生I2/I-,被填充在正、负极之间。
DSSC太阳能电池是由一系列电子传递过程完成光能-电能转换的。
当光线照在负极侧，染料吸收光能发生电子跃迁，染料被氧化，电子经二氧化钛半导体传导，流动到负极的导电玻璃片进入外电路；电子到达正极后，电解液中的I2/I-氧化还原作用使得染料被还原到原始状态。
这样构成电子回路，产生电。
五、实验准备：1.材料：A．导电玻璃：具有高透过率、导电率，如ITO、FTOB．正极：导电能力强、有一定催化活性，如炭、铂C．二氧化钛：具有催化能力，高活性、比表面积大、分散均匀D．染料：具有吸光产生电子跃迁的有机材料。
天然光敏剂：价格便宜，性能不优化。
如自然界中的叶绿素、叶红素，水果榨汁等合成染料：价格贵，性能优化。
如N3、N749等图相对太阳光强度（灰线）与叶绿素（黑线）的吸收光谱E．电解液：注：高效率的DSSC需要：a.高比表面积TiO2电极；b.具有适当电位、低禁带的染料；c.高催化能力的正极；d.快速氧化还原能力的电解质；e.宽工作电压的溶剂2.仪器设备：电子天平、玛瑙研钵、药匙、微量吸管、透明导电玻璃、滤纸、镊子、万用电表、胶带、剪刀、直尺、塑胶滴管、玻璃棒、瓷坩埚、高温电炉、坩埚钳、隔热板、玻璃培养皿、2b铅笔、燕尾夹、标准光源箱、白炽灯、乳胶手套、纸巾。
染料敏化太阳能电池：简要概述摘要：这篇简要概述的目的在于对染料敏化太阳能电池技术从工作原理到首次商业应用做一个简短的回顾。
本文强调敏化剂的作用，提高染料的性能同时还有为回答特定问题而提到的最近发展。
1.引言人类面临的最大挑战之一是用可再生能源取代化石燃料以跟上因为人口膨胀和发展中国家需求增加而产生的世界范围内对能源日益增长的渴求。
这一挑战必须使用原料大量可用的低成本方法。
太阳显然是清洁、廉价的能源，已被自然用于维持地球上的几乎所有生命。
因此，用光伏技术来利用太阳的能量似乎是唯一合理的应对能源挑战的大规模回应。
到目前为止，市场上可获得的光伏技术均基于无机材料，这需要高成本，大能源消耗方法来制备。
另外，一些材料，如CdTe，有毒且自然储量少。
有机光伏可避免这些问题。
然而，目前有机基的光伏电池的效率仍远低于通过纯净无机基光伏技术获得的。
传统有机光伏装置用施主和受主类型的有机材料，形成一个促成激子分离到两个载体的异质结。
这些形成的载体再通过用于产生激子的相同材料输运到电极上。
也就是说传统有机光伏器件的材料应同时具备良好的光吸收性质和载体输运性质，这是很难完成的任务。
另一方面，染料敏化塌秧能电池技术通过在半导体-染料界面完成电荷产生，在半导体和电解质中完成电荷输运来分离这两项要求。
即光谱特性最优化可单独依靠修改染料来完成，而载体输运性质可通过优化半导体和电解质组成完成。
对光电极首次敏化的报道见于1887年。
然而对光激发染料分子将电子注入n型半导体导带这一工作机理的提交仅追溯到20世纪60年代。
随后几年发展的观念首先是染料在半导体表面的化学吸附，其次是用弥散颗粒提供足够大的相界面积。
目前，钌配合物的最好电池在AM1.5条件下呈现出大约11%的能量转化效率。
总体来说，人们将染料敏化太阳能电池视为解决能源问题的一种廉价，有前途的方法。
2.工作原理实际的染料敏化太阳能电池大体包含五部分：（1）表面覆盖透明导电氧化物的支撑件（2）半导体薄膜，一般是TiO2（3）吸附于半导体表面的敏化剂（4）含有氧化还原介体的电解质（5）能再产生氧化还原介体的对电极如铂。
二氧化钛论文：染料敏化太阳电池光阳极的研究及电池性能的优化【中文摘要】为了缓解能源紧缺、构建节约经济,设计和生产太阳电池是一个很好的选择。
在过去的二十多年里,染料敏化太阳电池(简称为DSSC)以其高的光电转换效率、低廉的成本、简单的制备工艺、安全无毒的特性引起了众多人的研究,并有望替代传统的p-n结太阳电池。
本论文中提出一种新的制备纳米晶SiO2-TiO2复合薄膜的方法,组装成型了DSSC,对DSSC的电池光电性能进行了优化：1.基于工业用TiO2粉末(P25)的DSSC制备工艺的优化借鉴传统工艺,将P25分散到乙基纤维素中,以高粘度松油醇作为溶剂,形成一种长期稳定的浆料。
通过丝网印刷技术将该浆料印刷到导电玻璃上、高温焙烧后形成多孔TiO2薄膜。
探索了焙烧方式和薄膜制备方法中的各种影响因素,得到一个优化525℃的焙烧温度和一条较好的梯度焙烧曲线。
探究了薄膜陈化时间、TiCl4处理、薄膜厚度、敏化时间、对电极制备、电解质体系等对DSSC光电性能的影响。
得到优化后的基于P25粉的DSSC的最高光电转换效率为6.83%。
2.基于掺杂SiO2粉末的DSSC制备工艺的优化采用1中的制备工艺,将介孔SiO2粉末掺杂到P25粉末中,研究掺杂量的变化对薄...【英文摘要】To design and produce solar cells are fine choice in terms of energy shortage and cost effective. In the past two decades, dye-sensitised solar cells (DSSC) haveinfatuated researchers due to their high light to electricity conversion efficiency, low-cost, easy fabrication, andnon-toxic as well as their promising alternative to conventional p-n junction solar cells.In this paper, we present a new way to produce the nanocrystalline SiO2/TiO2 membranes and fabricate the DSSC, and then optimized the perfo...【关键词】二氧化钛 P25 二氧化硅掺杂丝网印刷染料敏化太阳电池【英文关键词】Titanium dioxide P25 Silicon dioxide addition Screen-printing Dye sensitized solar cell【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848【目录】染料敏化太阳电池光阳极的研究及电池性能的优化摘要4-5Abstract5第一章综述9-31 1.1 引言9-10 1.2 能源10 1.3 太阳能10-12 1.3.1理想能源10 1.3.2 中国太阳能的资源状况10-11 1.3.3 太阳能的应用前景11-12 1.4 太阳电池12-15 1.4.1 太阳电池的类型及光电转换效率12-14 1.4.2 太阳能电池的应用14-15 1.5 染料敏化太阳电池(DSSC)的结构15-21 1.5.1 光阳极(工作电极)15-20 1.5.2 氧化还原电解质20-21 1.5.3 对电极21 1.6 染料敏化太阳电池(DSSC)的工作原理21-24 1.6.1 一个理想的电流途径21-22 1.6.2 两个还原再生22 1.6.3 四个个暗电流(电子复合)22-23 1.6.4 整个电池反应23-24 1.7 染料敏化太阳电池的国内外研究现状及发展动态分析24-30 1.7.1 DSSC 的效率现状24-25 1.7.2 TiO_2薄膜的制备现状25-28 1.7.3 二氧化钛纳米薄膜的改性现状28-30 1.8 DSSC存在的问题及本论文的主要工作30-31 1.8.1 DSSC存在的问题30 1.8.2 本论文的工作30-31第二章商业P25粉制备染料敏化太阳电池的工艺探究31-58 2.1 引言31 2.2 实验部分31-36 2.2.1 试剂、设备与仪器31-33 2.2.2 DSSC的制备工艺33-36 2.2.3 DSSC的物理表征和光电化学测量36 2.3 DSSC光电转化性能评价参数36-38 2.4 DSSC制备工艺中的各种影响因素38-57 2.4.1 焙烧工艺的影响38-45 2.4.2 四氯化钛水溶液的制备中的注意事项及温度影响45-46 2.4.3 二氧化钛薄膜制备过程中的影响因素46-53 2.4.4 其他影响因素53-57 2.5 本章结论57-58第三章 SiO_2-TiO_2复合光阳极的优化及DSSC性能的优化58-76 3.1 引言58 3.2 实验部分58-60 3.2.1 试剂、材料与仪器58-59 3.2.2 工艺流程59-60 3.2.3 DSSC的物理表征和光电化学测量60 3.3 结果与分析60-74 3.3.1SiO_2的掺杂对薄膜厚度的影响60-61 3.3.2 不同含量的SiO_2对TiO_2晶型的影响61-62 3.3.3 不同含量的SiO_2对TiO_2薄膜形貌的影响62-66 3.3.4 不同SiO_2掺杂量对比表面的影响66-67 3.3.5 不同SiO_2量掺杂对DSSC光电性能的影响67-69 3.3.6 不同层数对DSSC光电性能的影响69-71 3.3.7 不同前处理TiCl_4浓度对DSSC性能的影响71-73 3.3.8 不同电解质对DSSC性能的影响73-74 3.4 本章结论74-76结论与展望76-77参考文献77-81在学期间的研究成果81-82致谢82。
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。
太阳内部每时每刻都在发生热核聚变反应,进行质能转换,向宇宙辐射的总功率约为3*1023kW,投射到地球大气层之前的功率密度约为1135kWm2。
太阳光进入大气层后,虽然大气成分和尘埃颗粒的散射以及太阳光中的紫外线被臭氧，氧气和水蒸气吸收,但到达地表的功率密度仍有很大。
如果太阳辐射维持不变,则太阳半衰期寿命还有7*1012年以上,可以说太阳能是取之不尽用之不竭的天赐能源。
我国陆地23以上地区的年日照时数大于200 0h,太阳能相当丰富。
目前,太阳能的利用主要有太阳能电池发电和太阳能热水器制热。
而在一些名胜古迹和公园已经可以见到太阳能路灯了,为家庭住宅提供能源的太阳能发电系统(3kW)已经在发达国家作为示范工程而被推广,用太阳能电池提供动力的汽车和游艇也已经出现在人们的眼前。
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1.1.1 Ｐ—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。
染料敏化太阳能电池光电转换效率提高关键技术总结染料敏化太阳能电池（DSSC）作为一种新型的太阳能电池技术，具有成本低、制备简单和高效能等优势，因此备受关注。
然而，DSSC的光电转换效率仍然是其发展的瓶颈之一。
为了提高DSSC的光电转换效率，研究人员们进行了大量的研究工作，并取得了一系列的关键突破。
首先，光吸收效率的提高是提高DSSC光电转换效率的重要途径。
在光敏染料的选取方面，最近的研究表明，一些新型的高效光敏染料，如金属有机染料（如染料分子Y123和YD2-o-C8），具有更宽的光吸收范围和更高的光电转换效率。
此外，还有研究者通过杂化化学修饰或共吸附不同类型的光敏染料，提高光敏染料的光吸收范围和光电转换效率。
例如，Jia et al.通过将有机染料分子与半导体纳米晶进行杂化修饰，实现了DSSC的光电转换效率的显著提高。
其次，光电荷传输效率的提高也是提高DSSC光电转换效率的关键。
为了提高光电荷传输效率，研究者们采用了一系列的策略。
一方面，通过研究和改进DSSC电解质的组成和性质，可以改善电荷传输和电荷收集的效率。
例如，采用有机溶剂作为电解质可以提高电解质的传导性能，同时减少电解质对电子传输的阻碍。
另一方面，通过引入导电剂，如碳纳米管、石墨烯等，在电解质中形成高电导的路径，促进电荷传输。
此外，精细调控电解质的组成和浓度也可以调节电荷传输效率，进而提高DSSC的光电转换效率。
此外，电子传输效率和空穴传输效率的平衡也是提高DSSC光电转换效率的关键。
研究者们通过调节半导体的级配结构、改变电解质的组成以及优化光敏染料的性质等方式，实现了电子传输效率和空穴传输效率的平衡，提高了DSSC的光电转换效率。
例如，研究者们通过在电解质中引入有机溶剂，形成合理的电子传输以及空穴传输通道，减少电子和空穴的再组合损失，从而改善了DSSC的电荷传输效率。
此外，光电转换效率的提高还需要考虑光电极材料的选择和设计。
光电极材料通常是由助剂、导电剂和光敏染料组成的。
纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试一、前言1.1实验目的（1）了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点。
（2）掌握合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理。
（3）学会评价电池性能的方法。
1.2实验意义随着世界各国的工业发展，煤、石油等传统能源的使用量急剧增长，寻找干净的新能源成为当务之急。
太阳能是唯一种永不枯竭的清洁能源，受到众多研究者的青睐。
目前市场上的太阳能电池种类较多，其中硅半导体太阳能电池占了绝对的优势，另外还有无机半导体太阳能电池、p-n结型太阳能电池等。
1991年Gratzel等制备了TiO2太阳能电池，把多吡啶钌配合物吸附在多孔膜上，制作成染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池，简称DSSC。
该太阳能电池的光电转换效率大于10%，且具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。
只要有太阳光，DSSC就可以一次投资而长期使用。
1.3文献综述与总结1991年瑞士学者Grätzel等在Nature上发表文章,提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳米薄膜为光阳极的光伏电池，现称为Grätzel型电池。
这种电池的出现为光电化学电池的发展带来了革命性的创新。
目前，此种电池的效率已稳定在10%左右，成本比硅太阳能电池大为降低，且性能稳定。
纳米TiO2的粒径和膜的微结构对光电性能的影响很大，纳米TiO2的粒径小，比表面积越大，吸附能力越强，吸附染料分子越多，光生电流也就越强，所以人们采用不同方法使之纳米化、多孔化、薄膜化。
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。
[1]（1）半导体电极的制备目前，合成纳米TiO2的方法有溶胶凝胶法、水热反应法、溅射法、醇盐水解法、溅射沉积法、等离子喷涂法和丝网印刷法等。
应用在DSSC中的TiO2多孔薄膜常用制备方法有胶体涂膜直接低温烧结法、水热法烧结、热液法烧结、微波烧结、紫外-化学气相沉积法等。
[1]溶胶凝胶法是用水解钛酸正丁酷(或无机钛盐，如TiCl4)制得TiO2胶体溶液，后经由浸渍、提拉、丝网印刷、旋涂等方法在导电基底上生长纳米高温锻烧制备出纳米TiO2电极，向溶胶中加入聚合物则有助于TiO2纳米晶粒径的大小的控制。
<<深亚微米集成电路工艺技术报告>>题目：有机太阳能电池学院：电子科学与工程学院班级：26班学号：1211022602姓名：董程宏有机太阳能电池太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生资源, 不产生任何的环境污染, 为了能充分利用这种天然能源,人们研制和开发了太阳能电池. 太阳能电池的工作原理是利用光敏材料吸收光能后发生光电转换. 由于传统的无机半导体太阳能电池制备工艺精细, 造价昂贵, 不利于大规模推广. 正因为如此, 人们便开始寻求价格更加低廉、适于大规模推广的新型太阳能电池, 而有机太阳能电池便应运而生. 与无机半导体相比, 有机半导体的制造成本更低, 而且有机物太阳能电池的制备工艺简单, 材料价廉易得, 因此有机太阳能电池已经成为当前研究的热点.1 有机太阳能电池简介1.1 有机太阳能电池基本原理太阳能电池的基本原理是基于半导体异质结或金属半导体界面附近的光伏效应, 所以又称为光伏电池.当光子入射到光敏材料时, 激发材料内部产生电子和空穴对, 在静电势能作用下分离, 然后被接触电极收集,这样外电路就有电流通过. 有机太阳能电池利用的也是光伏效应. 在太阳光的照射下有机材料吸收光子, 如果该光子的能量大于有机材料的禁带宽度E, 就会产生激子(电子空穴对). 激子的结合能大约为0.2～1.0 eV, 高于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对的结合能,因此激子不会自动解离. 两种具有不同电子亲和能和电离势的材料相结触, 接触界面处产生接触电势差, 可以驱动激子解离. 单纯由一种纯有机物夹在两层金属电极之间制成的肖特基电池效率很低, 后来将p 型半导体材料(施主Donor)和n 型半导体材料(受主Acceptor)结合,发现两种材料界面处激子的解离非常有效, 这就是通常所说的p-n 异质结型太阳能电池.一般用来评价太阳能电池的指标有:开路电压( V oc )、短路电流密度( Jsc ) 、填充因子( FF) 、光电转换( IPCE)、能量转换效率(η)。
