染料敏化材料

►2
.敏化染料的研究进展
► 敏化染料在DSSC
中起着吸收可见光并提供电子 的作用，是电池的关键组成部分。高性能的敏化 染料首先要能够很好的吸附在半导体表面，其次 敏化染料的禁带宽度需要比半导体薄膜的禁带宽 度窄，并且其氧化态电位要比半导体的导带电位 低，其还原态电位要比氧化还原电解质的电位高。 敏化染料研究的工作重点有两个方面，一是合成 和发展光谱响应范围更宽、成本更低、效率更高、 稳定性更好的染料敏化剂；二是研究多种染料的 协同敏化作用，拓宽光谱响应范围。
►
图1 染料敏化太阳能电池的结构与工作 原理示意图
►2
.工作原理
► 当太阳光照射在染料敏化太阳能电池上，染料
分子中基态电子被激发，激发态染料分子将电 子注入到纳米多孔半导体的导带中，注入到导 带中的电子迅速富集到导电玻璃面上，传向外 电路，并最终回到对电极上。而由于染料的氧 化还原电位高于氧化还原电解质电对的电位， 这时处于氧化态的染料分子随即被还原态的电 解质还原。然后氧化态的电解质扩散到对电极 上得到电子再生，如此循环，即产生电流。电 池的最大电压由氧化物半导体的费米能级和氧 化还原电解质电对的电位决定。
► 2.1
►
单一敏化染料的研究进展
敏化染料按其结构中有无金属离子或原子分 为无机染料和有机染料两大类。无机染料主 要是指金属有机络合物，包括钌基多吡啶络 合物、金属卟啉、金属酞菁、吲哚以及无机 量子点染料；有机染料包括两大类，即天然 染料和人工合成染料。无机染料中研究比较 多的是钌系多吡啶配合物，早在1993 年， Gratzel 小组设计合成了N3 染料（如图2）， N3 染料两个联吡啶环上的羧基与半导体氧 化物形成电子耦合，增加了电子的注入效率， 在AM1.5 太阳光照射下，短路电流17 mA/cm2，开路电压0.72 V，相应的η达到 10% 。然而N3 染料在可见光谱的红光区域 没有吸收，针对这一问题，该小组在2001 年设计了一种全吸收染料，称作“黑染料”， 配体是三联吡啶，共轭体系增大，且引入羧 酸基团提高了染料的摩尔消光系数，得到的 入射单色光子-电子转化效率（IPCE）达 80%，短路电流和开路电压分别为20.5 mA/cm2 和0.72 V，相应η为10.4%[31]。 1999 年报道的染料N719 是N3 的2个四丁基 铵盐，四丁基铵基团可以有效地抑制暗电流， 得到的能量转换效率η 高达11%。

染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池是目前新型太阳能电池技术中具有重要研究价值的两种类型。

两者在实现清洁能源利用方面都有着重要的意义。

首先，本文将分别介绍两种太阳能电池的工作原理和结构特点，然后比较两者的优缺点以及在未来应用前景方面的展望。

最后，将对两种太阳能电池的未来发展提出一些展望和建议。

染料敏化太阳能电池（DSSC）工作原理是利用染料敏化半导体膜，通过光生电子－空穴对，产生一个电子被注入导电材料的过程，从而产生电流。

DSSC的结构是由玻璃基底、导电玻璃、阳极（TiO2薄膜）、电解质、阴极（Pt）等组成的。

这种太阳能电池因其低成本、易制备、高转换效率等特点而备受关注。

有机太阳能电池（OPV）又称为塑料太阳能电池，其工作原理是利用有机半导体材料吸收光子后产生电子-空穴对，将电子注入到电极上，从而产生电流。

OPV的结构包括有机半导体薄膜、透明导电层、金属导电层等。

有机太阳能电池因其轻薄、柔性、低成本等特点，被认为是未来太阳能电池领域的发展方向。

两种太阳能电池在光电转换效率、稳定性、生产成本、材料寿命、材料丰富度等方面都有所不同。

DSSC的光电转换效率较高，但在稳定性和材料寿命方面存在一定的问题；而OPV在生产成本和可塑性方面具有优势，但转换效率较低。

两者的未来应用前景也不尽相同，DSSC适用于建筑一体化等大型应用领域，而OPV则适用于轻便、柔性的便携式设备。

未来，DSSC可以通过材料改性、器件结构优化等技术手段提高其稳定性和寿命，同时更多地探索高效、廉价的染料和电解质。

而OPV可以通过材料设计合成、工艺工程实现将提高转换效率，并提高大规模生产的制备技术。

在应用方面，两者可以通过与其他新能源技术相结合，拓展多种应用场景。

总体来说，两种太阳能电池技术在未来都具有重要的发展潜力。

需要深入研究其中的物理和化学机制，并通过工程技术手段来优化器件性能，同时也需要加强两者之间的技术对接和协同创新。

超声波辅助溶剂热法制备铁基染料敏化太阳能电池随着人们对能源需求的不断增长，太阳能电池成为了一种极其重要的替代能源形式。

在太阳能电池研究中，敏化剂便和光伏材料一样，扮演着重要的角色。

然而，许多的敏化剂并不能胜任不同的研究场景。

在这种情况下，铁基染料敏化太阳能电池应运而生。

铁基染料敏化太阳能电池是一种使用溶解在电解质中的铁盐作为敏化剂的电池。

相对于传统的钛酸酯电池和有机染料敏化电池，铁基染料敏化太阳能电池具有低成本、印刷友好等特点。

而且，铁基染料的分子结构也很容易进行结构设计。

但是，由于铁基染料敏化太阳能电池的敏化剂在电池中的光电性能、附着性和寿命并不理想，因此仍然需要对其制备及其应用方面的问题进行深入研究。

超声波辅助溶剂热法（sonochemical-assisted solvothermal method）是一种近来备受关注的提高敏化剂品质的新技术。

这种方法是将铁基染料和其他原料放置在一个反应器中，通过超声波促进反应剂之间的相互作用，从而加速反应进程。

溶剂热反应则可以利用高温高压的条件，使铁基染料得到更好的晶体形态，大大提高其能够吸收可见光的能力。

通过使用超声波辅助溶剂热法制备铁基染料敏化太阳能电池，可以在几分钟内快速制备高质量的敏化剂。

超声波的作用可以加速EDOT凝胶的形成，并减少非晶态的物质，从而提高物质的纯度。

然而，这种方法需要对反应过程进行严格的控制，确保形成的铁基染料具有良好的光电性能和较高的寿命。

除了超声波辅助溶剂热法外，还有其他方法可以制备高质量的铁基染料敏化剂。

例如，表面修饰、共沉淀、合成离子模板法等方法都被证明可以大大提高铁基染料的光电性能。

但是，这些方法存在着成本高、复杂操作等问题。

相对而言，超声波辅助溶剂热法具有简单、快捷、成本低的优点，使其成为了一个备受欢迎和重要的制备铁基染料敏化太阳能电池敏化剂的方法。

除了制备敏化剂外，铁基染料敏化太阳能电池的负载剂和电解质的选择也是影响其性能的关键因素。

染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)是一种太阳能转换技术，它利用来自太阳能源的可再生能源来产生电能。

DSSCs 具有体积小、成本低、简单结构及
高性能的优点，是当今太阳能应用开发的重点之一。

DSSCs 的基本结构是一个带氧化空隙的薄膜，通常称为光敏层，它由一个氧化物(通
常是TiO2)和染料混合物组成。

染料的主要作用是将太阳能转换为可被空隙电荷转移的 6 至 8 光子电荷。

接下来，光子电荷穿过 TiO2 的空隙转移到层间电子传输剂。

当染料被
电子传输剂充电后，它将被转移回正极材料，从而生成电流。

此外，DSSC 内部还有一层
电解质膜与正极材料反应，产生盐极化供给整个电池能量，并回流以保持整个电池平衡，
使其便于存储能量和恒定输出电流。

在DSSCs 中，最重要的组成部分是染料，它们具有分解太阳能的能力，并响应光能来吸收能量，有效地将能量转化为可以通过电荷转移进行存储的光子电荷。

染料也会影响DSCC 的整体性能，染料应具有合适的紫外线 - 可见能量跨越范围和优良的光动力学性能，以最大程度地提高太阳能转换效率，同时突出它的可靠性和经济性。

在近年来，随着新型
染料的迅速发展，染料敏化太阳能电池的效率和成本也有了显著的改善。

综上所述，染料敏化太阳能电池的表现令人印象深刻，因为它具有体积小、成本低、
简单结构及高性能的优点，是太阳能应用开发的重点之一，在未来，它将有效地帮助人类
利用可再生能源来发展可持续的能源系统，从而改善环境问题，提高我们的生活质量。

聚合物 固体 电解质又称离子导 电聚合物 ， 是 近几年迅速发展起来的一种新 型固体 电解质材 料【 。 有机导电聚合物 由于其独特的性质和广泛 的应用前景 ， 其中聚邻苯二胺 （ｏ Ｄ） Ｐ Ｐ 是一种具有 吩 嗪环 的梯 形 聚合 物 ， 导 电膜 的应 用 上有 重 要 在
１ 实验 步骤 ． ２ １ ． 基 片的清 洗 用 含洗 涤剂 的水 超声 波 清洗 ．１ ２ ５ ｎ 用去离子水洗净后用丙酮超声波震荡清洗 ｍｉ， １ｍｉ， 乙醇超声震荡清洗 １ｒ ｎ 用去离子水 ０ ｎ用 ０ ｉ， ａ 超声震荡重复洗三次。 １ ． 制备聚合物邻苯二胺 在 ２ ０ ｌ ．２ ２ ５ｍ 烧瓶中加 入 ２１ｇ用 重结 晶纯 化过 的 ｏＰ １０ ＨＣ ， ．６ －Ｄ，０ｍｌ １在 ０ ℃冰 浴 搅 拌 。 再 取 ２２ｇ （ ） ２ 于 ～４ ．８ ０ 溶 Ｓ １０ ｍｏ １ １ ，同样 在 ０ ＂ 浴下 使 其 ０ｍｌ ｌＨＣ 中 ｌ ／ ￣４Ｃ冰
１ ． 制备 ＴＯ／ ．５ ２ ｉ２酸性湖蓝 ／ ｏ Ｄ 将 Ｐ Ｐ ＰＰ ｏ Ｄ溶 解在 Ｄ ＭＦ中， 涂到 ＴＯ ｉＪ酸性 湖蓝表面 ， 等溶剂 挥发后 制 得 。 １ ． 组装 电池 以 Ｐ 片作对 电极 ， ．６ ２ ｔ 以聚合物邻 苯 二 胺 为 固体 电解质 ， 装 电池 ， 测定 了 ＴＯＪ 组 并 ｉ
收稿 日期 ：０６ １．０ ２ ０ ．０３
司电化学丁作站 ，Ｋ ０ ５ ， Ｌ ２ ０ 型 天津市兰力科化学 电子高技术有 限公司 ； 阳能电池测试仪 ， ｅｈ 太 Ｋｉ． ｔ １ ０， ｅ ２ ４ 美国吉时利仪器公司。 ｙ０
Ｅ ｉ ｗａｇｍ＠ｈ ｂ ． ｕ ｎ ｍａ ： ｎ ｓ ｌ ｕ ｕ ｄ． ｅ ｃ
吴 颉 张修华 王世敏

二氢卟吩e6激发和发射波长
《二氢卟吩e6的激发与发射波长》
二氢卟吩e6是一种常用的有机分子，它通常用于制备有机染料和染料敏化太
阳能电池材料。

然而，其行为机理对科学家来说仍气未解，这就需要对其进行研究，包括测定其激发和发射波长。

激发波长是指电子从低能状态跃迁到高能状态所需的波长，而发射波长是指电
子从高能状态跃迁到低能状态所需的波长。

二氢卟吩e6的激发波长为387.4 nm，
发射波长为503.9 nm，这些数据对揭示其行为机理很有帮助。

科学家还可以运用激发和发射波长，利用二氢卟吩e6检测污染物。

比如，可
以分别检测某些物质的激发和发射波长，通过二氢卟吩e6判定是否有这些物质存在，从而检测污染物。

能够运用二氢卟吩e6激发和发射波长的应用范围更为广泛。

二氢卟吩e6的激
发和发射波长可以用来研究材料的结构特性以及其反应动力学，也可以用于生物分子活性的监测与鉴定，同时也可以用于催化剂的研究与开发、气态分析，以及监测空气中的有害污染物。

由以上可见，二氢卟吩e6的激发和发射波长具有非常重要的研究价值，在很
多领域都得到广泛应用。

它不仅可以帮助我们研究染料的机理，而且可以用来监测污染物，检测材料性质等。

因此，二氢卟吩e6的激发和发射波长在学术探索与实
际应用方面都拥有很多价值，值得我们深入研究。

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%。

（华侨大学 材料物理化学研究所，环境友好功能材料教育部工程中心，福建 泉州 ３６２０２１）
摘要：利用 ＴｉＣｌ４溶液对染料敏化太阳能电池（ＤＳＳＣ）阳 极 膜 中 导 电 基 体 和 ＴｉＯ２ 膜 进 行 处 理 并 研 究 了 其 对 ＤＳＳＣ 性 能
的 影响．先用０．１５ｍｏｌ／Ｌ ＴｉＣｌ４ 溶液处理ＩＴＯ 导电玻璃，涂膜后再用 ０．０５ｍｏｌ／Ｌ 的 ＴｉＣｌ４ 水溶液处理 ＴｉＯ２ 膜以及在胶 体中加入少量 ＭｇＯ，制备出光电 转 换 效 率 高 达 ８．４７％ 的 高 效 ＤＳＳＣ，而 未 经 过 任 何 处 理 的 ＤＳＳＣ 光 电 转 换 效 率 仅 为 ５．７５％，经过处理后的 ＤＳＳＣ 效率提高了４７％．
本文通过在光阳极导电玻璃基底上先用 ＴｉＣｌ４ 溶 液加上一层阻挡层薄 膜，以 阻 止 进 入 光 阳 极 导 电 玻 璃 基底的光生 电 子 和 电 解 液 中 的 Ｉ３－ 离 子 复 合，进 一 步 又用 ＴｉＣｌ４ 水溶液处理阳极膜，以及加入 ＭｇＯ 从而提 高 ＤＳＳＣ 的光电流，达到提高 ＤＳＳＣ 的光电性能的目的．
合 ，此 过 程 会 减 少 流 入 到 外 电 路 中 电 子 的 数 量 ，降 低 电 池的光电流；４）氧 化 态 的 染 料 分 子 通 过 接 受 Ｉ－ 提 供 的电子得以再生；５）Ｉ３－ 在 镀 铂 的 对 电 极 上 得 到 电 子 还原为Ｉ－ ；６）ＴｉＯ２ 导带底 电 子 与Ｉ３－ 的 复 合，此 反 应 也 会 造 成 光 电 流 的 损 失 ．因 此 要 提 高 光 电 流 ，必 须 尽 可 能地抑制（３）和（６）的反应 ． ［５］
ＴｉＯ２｜Ｓ ｈν→ＴｉＯ２｜Ｓ＊ ， ＴｉＯ２｜Ｓ＊ → ＴｉＯ２｜Ｓ＋ ＋ ｅｃｂ， ＴｉＯ２｜Ｓ＋ ＋ ｅｃｂ→ ＴｉＯ２｜Ｓ，

染料敏化太阳能电池
主要内容
1. 染料敏化太阳电池发展概况 2. TiO2纳米结构 3. 染料敏化太阳电池的特点及应用
1.DSSC发展简介

1991年※，Grätzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太 阳能电池（ Dye-Sensitized Solar Cells，简称DSSCs ）的文章，以较低 的成本得到了>7%的光电转化效率， 为利用太阳能提供了一条新的 途径. 1997年，该电池的光电转换效率达到了 10%~11%，短路电流达到18 mA/cm2,开路电压达到720 mV； 1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gratzel 电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的 关注。
单电池、组件及户外系统
单电池
户外系统

组件
3.染料敏化太阳电池的 特点及应用
染料敏化太阳电池的特点
材料成本较低、制备工艺简单 转换效率随温度上升而提升——不同于硅基太阳电池 电池两面均可以吸收光——有利于吸收散射光 制备出半透明或不同颜色的电池——装饰功能强 质量轻以及可制成柔性器件——便于携带 能源回收期较短——小于1年 较高的转换效率——最高转换效率超出12%




2004年由中科院等离子体物理研究所建成的国内 首个500瓦染料敏化纳米太阳电池示范电站
转换效率：5%（数据来源：中科院等离子体物理研究所）
2008年世博览会展出的柔性染料敏化太阳电池组件
2010年美国光付研讨会展示的染料敏化太阳电池组件
太阳叶结构
通过调整敏化剂颜色获得的太阳叶
产业化情况

1991年染料敏化太阳电池的转换效率实现飞跃式的提升

1
2
3
太阳能屋顶系统
办公楼与玻璃幕墙一体化的PV
4
5
无机太阳能电池
6
7
光生伏特效应
电荷运 动 的势垒 ： p-n 结 区内形成的内建电场。阻 碍电子从n区向p区运动， 空穴从p区向n区运动。 光子入射：造成跃迁产 生空穴－电子对。
光电池：空穴、电子通 过外电路复合，在电路 中产生电流。
浙江精功光电有限公司（前身为浙江中意太阳能有限公司）
原为中方与意大利ENITECHNOLOGIE 合资企业，多 晶硅片生产能力2MW。
有扩大生产规模至20MW 的计划。
36
在建和筹建的多晶锭、片企业
精功绍兴太阳能技术有限公司（筹建）
精功集团与德国布莱斯-戴姆勒集团(Preiss-Daimler)共同投资兴 建。引进GT Sola设备和技术。一期10MW，二期将达20MW。
来源：CGS
17
太阳能用硅材料的生产工艺 FZ法
FZ
来源： CGS
18
太阳能用硅材料的生产工艺 多晶浇注法
19
由于铸锭中采用低成本的坩埚及脱模涂料， 对硅锭的材质仍会造成影响。近年来电磁法（EMC） 被用来进行铸锭试验，方法是投炉硅料从上部连续加 到熔融硅处，而熔融硅与无底的冷坩埚通过电磁力保 持接触，同时固化的硅被连续地向下拉。目前该工艺 已铸出截面为220mmX220mm的长硅锭，铸锭的材 质纯度比常规硅锭高。 我国可生产出 220mmX220mmX140mm的硅锭。
Ribbon 比例由03年的0.9%,提高至3.4%，同比增长502.9%；
晶体硅（包括mc-Si, sc-Si, a-Si/scSi和Ribbon）的比例近4年来变化不大，在91.1%— 93.1%之间；

染料敏化太阳能电池的概述染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cells，简称DSSC）全称为“染料敏化纳米薄膜太阳能电池”，由瑞士洛桑高等理工学院（EPFL）Gratzel教授于1991年取得突破性进展，立即受到国际上广泛的关注和重视，DSSC主要是指以染料敏化多孔纳米结构TiO2薄膜为光阳极的一类半导体光电化学电池，另外也有用ZnO、SnO2等作为TiO2薄膜替代材料的光电化学电池。

1.1染料敏化太阳能电池优点它是仿照植物叶绿素光合作用原理的一种太阳能电池。

由于染料敏化太阳能电池中使用了有机染料，其功能就如同树叶中的叶绿素，在太阳光的照射下，易产生光生电子，而纳晶TiO2薄膜就相当于磷酸类脂膜，因此我们形象的把这种太阳能电池称为人造树叶。

DSSC 与传统的太阳电池相比有以下一些优势：（1）寿命长：使用寿命可达15-20年；（2）结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产；（3）制备电池耗能较少，能源回收周期短；（4）生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，预计每瓦的电池成本在10元以内；（5）生产过程中无毒无污染；纳米晶染料敏化太阳能电池有着十分广阔的产业化前景和应用前景，相信在不久的将来，DSSC将会走进我们的生活。

因此吸引了各国众多科学家与企业大力进行研究和开发，近年来获得了飞速发展。

1.2染料敏化太阳能电池（DSSC）的結构组成染料敏化太阳能电池包括四部分：纳米氧化物半导体多孔膜（TiO2，ZnO），含有氧化还原电对的电解液（I-/I3-），作为敏化剂的染料（如N719/N3）以及对电极（如Pt）。

除此之外DSSC还需要衬底材料，通常为氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO导电玻璃）。

该实验中，纳米氧化物半导体多孔膜为ZnO，敏化剂用N719染料。

（1）FTO透明导电玻璃FTO导电玻璃为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃（SnO2：F），简称为FTO。

FTO玻璃被作为ITO导电玻璃的替换用品被开发利用，可被广泛用于液晶显示屏，它是染料敏化太阳能电池的TiO2/ZnO薄膜的载体，同时也是光阳极电子的传导器和对电极上电子的传导器和对电极上电子的收集器。

染料敏化太阳能电池具有生产成本低、制备工艺简单、可大批 量生产和环境友好等优点，加之中国土地面积广，尤其西北地 区光照强烈，决定了染料敏化太阳能电池的良好产业化前景， 是具有相当广泛应用前景的新型太阳电池。相信在不久的将来， 染料敏化太阳电池将会走进我们的生活。
应用领域
根据DSSC的透光性高，请便易携带，制作成本低的优点，应 用领域十分广泛，包括航空航天，建筑产业，电子产业，生活 家居等都可以使用该产品。
2. DSSC的制作原理及工艺流程
DSSC工艺流程
3，对电极的制备
将C纳米管/Pt电镀在导电玻璃上面， 加快电子的运动，提高氧化还原的速 率
4，DSSC电解液制备
常用的电解质包括液态、准固态、全 固态等。采用电解质将碘和碘化钠溶 于有机溶液中制备而成。
2. DSSC的制作原理及工艺流程
DSSC工艺流程
⑥ 纳米晶膜中传输的电子与进入TiO2 膜的孔 导带中： 中的I3-离子复合：
S* → S+ + e-(CB) I3 2e-(CB) → 3I-， ③-I-+ 离子还原氧化态染料可以使染料再生： ⑦ I3-离子扩散到对电极上得到电子使I-离子再 3I- + 2S+ → I3- + 2S， 生： ④ 导带中的电子与氧化态染料之间的复合： I3- + 2e-(CE) → 3I-， S+ + e-(CB) → S，
5，电池封装
采用热膜封装技术，将电池的四周用 绝缘加热封装固定。封装膜不宜太厚， 保证电池内部接触良好
6，DSSC电解液注入
将前面配制好的电解液用直径 100μ m的针孔将电解液注入到封装 好的DSSC中，完成后即为成品
2. DSSC的制作原理及工艺流程

表面敏化太阳能电池
一. 研究进展
太阳能电池是根据光生伏特原理，将太阳能直 接转换成电能的一种半导体光电器件，是一个 新的科学领域。
目前，硅太阳能电池较为成熟，如，单晶、多 晶和非晶硅太阳能电池。制作工艺复杂，成本 高。改进工艺、寻找新材料、电池薄膜化。
近20年，探索高比表面积的纳米薄膜电极的制 备方法，这种纳米微粒形成的薄膜经光敏材料 或者窄带隙纳米微粒修饰可以提高膜的光电转 换特性，所以纳米薄膜电极是提高太阳能电池 转换效率的有效途径之一。
2. 目前状况： 稳定性差；寿命短；材料失活；光电转换效率低；
3. 提高效率的两个途径 合成新型光电功能材料； 构建新型结构光电器件；新的分析测试 技术；光电界面过程理论研究；
4. 新材料 — 纳米粒子薄膜，多元组分复合，纳米粒子掺杂，表面修 饰纳米薄膜等材料； 新技术 — 表面光电压谱，光谱电化学分析仪，XPS，AFM，IR等
Wavelength / nm
图3 TiO2/ZnO/ITO薄膜在0.0 V(a), 0.2 V(b)和-0.2 V(c)时的EFISPS谱
Potovoltige /V
200 b
150
a 100
c
50
0.2 V 0.0 V -0.2 V
0 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Gratzel研究突破的关键：
多孔纳米TiO2薄膜具有高比表面积，不 但能吸附更多的单层染料分子，而且太 阳光在粗糙表面内多次反射，可被染料 分子反复吸收，极大地提高了太阳光的 利用率。
二.研究意义
1. 1972年Fujishima 光解水实验，奠定了光电化学的基础；80年代 初热点；90年代纳米技术，新的发展机遇。

染料敏化太阳能电池的研究进展近年来，太阳能电池作为一种可再生能源的重要代表，受到了广泛的关注和研究。

其中，染料敏化太阳能电池作为一种新型的光电转换器件，具有高效、低成本、可调谐等特点，正在成为研究的热点之一。

染料敏化太阳能电池的原理是利用染料分子吸收光能，将光能转化为电能。

相比于传统的硅基太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有更高的光电转换效率和更低的制造成本。

这得益于染料分子在吸收光能后，通过电子转移过程将电子注入半导体纳米晶体中，从而产生电流。

与此同时，染料分子也可以通过再生过程将电子重新注入染料分子中，实现电荷的平衡，提高电池的稳定性。

在染料敏化太阳能电池的研究中，染料的选择和设计是至关重要的。

染料分子应具有较宽的光谱响应范围，能够吸收可见光和近红外光，从而提高光电转换效率。

此外，染料分子的结构也需要具备良好的光电性能，如高光电转换效率、长寿命和低能带边缘。

目前，研究者们通过调整染料分子的结构和化学成分，不断改进染料的性能，提高太阳能电池的效率。

除了染料的选择和设计，电解质也是染料敏化太阳能电池研究的重要方向之一。

电解质在染料敏化太阳能电池中起到电子传输和离子传输的关键作用。

传统的染料敏化太阳能电池采用有机液体电解质，但其稳定性较差，易受光照和温度变化的影响。

为了提高电池的稳定性和寿命，研究者们开始探索无机电解质和固态电解质的应用。

无机电解质具有较高的稳定性和导电性能，但其制备工艺相对复杂。

而固态电解质则具有较好的稳定性和导电性能，但目前仍面临制备难度和成本较高的问题。

因此，电解质的研究仍然需要进一步深入。

此外，电极的设计和优化也是染料敏化太阳能电池研究的重要方向之一。

电极材料应具有良好的光电性能、导电性能和稳定性。

传统的染料敏化太阳能电池采用的电极材料主要是氧化物和导电聚合物，但其光电转换效率较低。

为了提高电极的光电转换效率，研究者们开始探索新型的电极材料，如金属有机框架、碳材料和二维材料等。

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。

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６ 结束语
１ ９ 年 Ｇｒｖ ｌ ９１ ａ ｅ 教授将 纳米 多孔 的概 念引入染料敏 化宽禁 带 Ｔｉ２ ０ 半导体研究中 ， 获得光电转换效 率 ７ １ 的染 料敏化太 ． 阳电池 。 目前 ， 验 室 的 小 面 积 光 电 转 换 效 率 已 经 超 过 试 １ ％［ １ ４ 产业 化 应 用 研 究 上 ，０ １年 澳 大 利 亚 Ｓ Ａ 公 司 建 立 。 ２０ Ｔ 了世界上第一个 中试 规模 的 ＤＳ Ｃ工 厂。到 ２ ０ Ｓ ０ ６年 ， ａａ Ａｒｋ ｗａ 等［］ ４ 大面积电池效率 已经达到 ８ ４ （０ｍＸ１ ｃ 。在国 内， ０ ． １ ｃ ｍ） ０ 研究者于 １９ 年开始对 Ｄ Ｓ ９４ Ｓ Ｃ进 行研究 ， 近来试 验室 的光 电转 换效率也 已经超过 １ ％。我 国在大面积 ＤＳ Ｃ上也制备出效率 Ｏ Ｓ 达到 ６ 的 １ ｃ ５ｍＸ２ｃ 电池组件 。 ０ｍ 光阳极作为 Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ的核 心部分 ， 提高 Ｄ Ｓ 对 Ｓ Ｃ的转换 效 率
面缺陷浓度 。这些改变会影响电子 的注入及输 运 ， Ｙ ｕ ｇｏ 如 ｏ ｎ ｓｏ Ｋｉ ｍ等［ 用氧气对膜进行处 理 ， 补 了 Ｔｉ２薄膜 的氧缺 陷从 弥 Ｏ
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二氧化钛纳米材料的形貌控制及其在能源和环境领域的应用共3篇二氧化钛纳米材料的形貌控制及其在能源和环境领域的应用1随着全球工业化和城市化进程的不断提高，环境问题日益突出，对于环境污染的治理和清洁能源的研究已经成为当前全球面临的重大课题之一。

在这个背景下，二氧化钛纳米材料因其在催化、光催化、光电转换等领域应用广泛而备受关注。

二氧化钛纳米材料可通过不同方法制备，包括溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法等等。

从化学合成的角度来看，通过对溶液中的成分及沉淀条件进行控制，可以调控二氧化钛纳米材料的结构和形貌。

其中一种经典的制备方法是溶胶-凝胶法，其制备过程包括溶胶的制备、凝胶的形成和热处理等步骤。

在控制凝胶的形成过程中，可以通过改变水解与缩合反应的速率，调节水解缩合平衡的条件，达到控制二氧化钛纳米材料结构和形貌的目的。

例如，在溶胶-凝胶法制备的二氧化钛纳米材料中，当乳胶稳定剂添加量较少时，形成的二氧化钛主要为十二面体晶型，而当稳定剂添加量增加，形成的二氧化钛主要为四面体晶型。

在催化、光催化、光电转换领域的应用中，形貌控制方法的调整，从而实现二氧化钛纳米材料特定结构或形貌的合成，是非常重要的。

例如，在光催化降解废水等应用中，传统的二氧化钛纳米材料因结晶度和晶粒大小有限，其光催化效率受到限制。

而通过形貌控制方法，制备的具有较大表面积的纳米材料，表面氧含量较高，可以提高光催化反应速率，提高光催化降解废水的效率。

同时，二氧化钛纳米材料在光电转换领域也有广泛的应用。

近年来，人们研究发现，通过形貌控制方法合成的具有高秩序结构的多孔二氧化钛纳米材料，可以作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)中的电子传输层。

在这类结构的多孔二氧化钛纳米材料中，光电荷分离效率高，具有较好的光电转换性质。

此外，通过添加掺杂元素(如铬、铁等)和半导体体系(如硫代钙钛矿)等方法，还可以研究和改善其光电性能。

总的来说，二氧化钛纳米材料的形貌控制方法，在能源和环境领域的应用非常广泛。