染料敏化太阳能电池-化学与物理电源基础实验讲义1
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是最近发展起来的，优点在于其廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。但是TiO2的禁带宽度为3.2eV，只能吸收波长小于375nm的紫外光，为了使其吸收红移至可见光区，增大对全光谱范围的响应，1991年，瑞士洛桑高等工业学院(EPFL) Gratzel研究小组开发了染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC)，它是由吸附染料光敏化剂（过渡金属钌的有机化合物染料）的纳米二氧化钛(TiO2)多孔薄膜制成的新型光化学电池。其光电转换效率达7.1%。1993年，他再次报道了光电转换效率达10%的TiO2染料电池，1998年，该研究组进一步研制出全固态DSSC，使用固体有机空穴传输代替液体电解质，单色光光电转化效率达到33%，从而引起了全世界的科学家对染料敏化太阳能电池的关注。近年来，染料敏化太阳能电池的研究主要集中在阳极材料的改性、染料的改进、电解质的研究、以及阴极对染料敏化太阳能电池的影响等。本实验主要研究不同的染料敏化剂和不同的敏化方法对TiO2太阳能电池光电转换效应的影响。
【实验目的】
(1)了解染料敏化纳米TiO2太阳能电池的工作原理及性能特点。
(2)掌握合成纳米TiO2溶胶的方法、染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法以及电池的组装方法。
(3)掌握评价染料敏化太阳能电池性能的方法。
【实验原理】
一、DSSC结构和工作原理
DSSC结构：染料敏化太阳能电池的结构是一种“三明治”结构, 如图1所示，主要由以下几个部分组成: 导电玻璃、染料光敏化剂、多孔结构的TiO2半导体纳米晶薄膜、电解质和铂电极。其中吸附了染料的半导体纳米晶薄膜称为光阳极，铂电极叫做对电极或光阴极。
DSSC电池的工作原理：电池中的TiO2禁带宽度为3.2 eV，只能吸收紫外区域的太阳光，可见光不能将它激发，于是在TiO2膜表面覆盖一层染料光敏剂来吸收更宽的可见光，当太阳光照射在染料上，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不稳定，并且染料与TiO2薄膜接触，电子于是注入到TiO2导带中，此时染料分子自身变为氧化态。注入到TiO2导带中的电子进入导带底，最终通过外电路流向对电极，形成光电流。处于氧化态的染料分子在阳极被电解质溶液中的I-还原为基态，电解质中的I3-被从阴极进入的电子还原成I-，这样就完成一个光电化学反应循环。但是反应过程中，若电解质溶液中的I-在光阳极上被TiO2导带中的电子还原，则外电路中的电子将减少，这就是类似硅电池中的“暗电流”。整个反应过程可用如下表示:
(l) 染料D受激发由基态跃迁到激发态D*： D + hv→ D*
(2) 激发态染料分子将电子注入到半导体导带中：D*→ D+ + e-
(3) I-还原氧化态染料分子：3I- + 2D+→ I3- + 2D
(4) I3-扩散到对电极上得到电子使I-再生：I3- +2e- → 3I-
(5) 氧化态染料与导带中的电子复合：D+ + e- → D
(6) 半导体多孔膜中的电子与进入多孔膜中I3-复合：I3- +2e-→ 3I-
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。
光阳极
目前，DSSC常用的光阳极是纳米TiO2。TiO2是一种价格便宜，应用广泛，无污染，稳定且抗腐蚀性能良好的半导体材料。TiO2有锐钛矿型(Anatase)和金红石型(Rutile)两种不同晶型，其中锐钛矿型的TiO2带隙(3.2eV)略大于金红石型的能带隙(3.l eV)，且比表面积略大于金红石，对染料的吸附能力较好，因而光
图1 DSSC结构与工作原理图
电转换性能较好。因此目前使用的都是锐钛矿型的TiO2。研究发现，锐钛矿在低温稳定，高温则转化为金红石，为了得到纯锐钛矿型的TiO2，退火温度为450o C。
染料敏化剂的特点和种类
用于DSSC电池的敏化剂染料应满足以下几点要求: ①牢固吸附于半导体材料; ②氧化态和激发态有较高的稳定性;③在可见区有较高的吸收;④有一长寿命的激发态;⑤足够负的激发态氧化还原势以使电子注入半导体导带;⑥对于基态和激发态氧化还原过程要有低的动力势垒，以便在初级电子转移步骤中自由能损失最小。
目前使用的染料可分为4类:
第一类为钌多吡啶有机金属配合物。这类染料在可见光区有较强的吸收，氧化还原性能可逆，氧化态稳定性高，是性能优越的光敏化染料。用这类染料敏化的DSSC太阳能电池保持着目前最高的转化效率。但原料成本较高。
第二类为酞菁和菁类系列染料。酞菁分子中引入磺酸基、羧酸基等能与TiO2表面结合的基团后，可用做敏化染料。分子中的金属原子可为Zn、Cu、Fe、Ti和Co等金属原子。它的化学性质稳定，对太阳光有很高的吸收效率，自身也表现出很好的半导体性质。而且通过改变不同的金属可获得不同能级的染料分子，这些都有利于光电转化。
第三类为天然染料。自然界经过长期的进化，演化出了许多性能优异的染料，广泛分布于各种植物中，提取方法简单。因此近几年来，很多研究者都在探索从天然染料或色素中筛选出适合于光电转化的染料。植物的叶子具有光化学能转化的功能，因此，从绿叶中提取的叶绿素应有一定的光敏活性。从植物的花中提取的花青素也有较好的光电性能，有望成为高效的敏化染料。天然染料突出的特点是成本低，所需的设备简单。
第四类为固体染料。利用窄禁带半导体对可见光良好的吸收，可在TiO2纳米多孔膜表面镀一层窄禁带半导体膜。例如InAs和PbS，利用其半导体性质和TiO2纳米多孔膜的电荷传输性能，组成多结太阳能电池。窄禁带半导体充当敏化染料的作用，再利用固体电解质组成全固态电池。但窄禁带半导体严重的光腐蚀阻碍了进一步应用。
电解质
电解质在电池中主要起传输电子和空穴的作用。目前DSSC电解质通常为液体电解质，主要由I-/I3-、(SCN)2-/SCN-、[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-等氧化还原电对构成。但液态电解质也存在一些缺点:(l)液态电解质的存在易导致吸附在TiO2薄膜表面的染料解析，影响电池的稳定性。(2)溶剂会挥发，可能与敏化染料作用导致染料发生光降解。(3) 密封工艺复杂，密封剂也可能与电解质反应，因此所制得的太阳能电池不能存放很久。要使DSSC走向实用，须首先解决电解质问题，固体电解质是解决上述问题的有效途径之一。
光阴极
电池的阴极一般由镀了Pt的导电玻璃构成。导电玻璃一般用在DSSC上的有两种，它们分别是ITO(掺
In的SnO2膜)和FTO(掺F的SnO2膜)。导电玻璃的透光率要求在85%以上，其方块电阻为10- 20Ω/cm2，导电玻璃起着电子的传输和收集的作用。I3-在光阴极上得到电子再生成I-离子，该反应越快越好，但由于I3-在光阴极上还原的过电压较大，反应较慢。为了解决这个问题，可以在导电玻璃上镀上一层Pt，降低了电池中的暗反应速率，这可提高太阳光的吸收率。
二、染料敏化太阳能电池性能指标
DSSC的性能测试目前通用的是使用辐射强度为1000 W/m2的模拟太阳光，即AM1.5太阳光标准。评价的主要指标包括：开路电压(V oc)、短路电流密度(I sc)、染料敏化太阳电池的I-V特性、填充因子(FF)、单色光光电转换效率（IPCE）和总光电转换效率(ηglobal)。
开路电压指电路处于开路时DSSC的输出电压，表示太阳能电池的电压输出能力。短路电流指太阳能电池处于短接状态下流经电池的电流大小，表征太阳能电池所能提供的最大电流。V oc和I sc是DSSC的重要性能参数，要提高DSSC的光电性能，就要有高的V oc和I sc。
判断染料敏化太阳能电池输出特性的主要方法是测定其光电流和光电压曲线即I-V特性曲线。填充因子是指太阳能电池在最大输出功率(P max)时的电流(I m)和电压(V m)的乘积与短路电流和开路电压乘积的比值，是表征因由电池内部阻抗而导致的能量损失。
DSSC的光电转换效率是指在外部回路上得到最大输出功率时的光电转换效率。对于光电转换器件经常用单色光光电转换效率IPCE来衡量其量子效率，IPCE定义为单位时间内外电路中产生的电子数N e与单位时间内入射单色光电子数N P之比。由于太阳光不是单色光,包括了整个波长，因此对于DSSC常用总光电转换效率来表示其光电性能。ηglobal定义为电池的最大输出功率与入射光强的比。
【仪器与试剂】
一、仪器设备
XRD粉末衍射仪、可控强度调光仪、紫外-可见分光光度计、电化学工作站、超声波清洗器、恒温水浴槽、多功能万用表、电动搅拌器、马弗炉、红外线灯、研钵、三室电解池、铂片电极、饱和甘汞电极、石英比色皿、导电玻璃、镀铂导电玻璃、锡纸、生料带、三口烧瓶（500mL）、分液漏斗、布氏漏斗、抽虑瓶、容量瓶、烧杯、镊子等。
二、试剂材料
钛酸四丁酯、异丙醇、硝酸、无水乙醇、乙二醇、乙腈、碘、碘化钾、TBP、丙酮、石油醚、绿色叶片、红色花瓣、去离子水
【实验步骤】
一、TiO2溶胶制备
目前合成纳米TiO2的方法有多种，如溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、电化学沉积法等。本实验采用溶胶-凝胶法。
（1）在500mL的三口烧瓶中加入1：100（体积比）的硝酸溶液约100mL，将三口烧瓶置于60-70o C 的恒温水浴中恒温。
（2）在无水环境中，将5mL钛酸丁酯加入含有2mL异丙醇的分液漏斗中，将混合液充分震荡后缓慢滴入（约1滴/秒）上述三口烧瓶中的硝酸溶液中，并不断搅拌，直至获得透明的TiO2溶胶。
二、TiO2电极制备
取4片ITO导电玻璃经无水乙醇、去离子水冲洗、干燥，分别将其插入溶胶中浸泡提拉数次，直至形成均匀液膜。取出平置、自然晾干，再红外灯下烘干。最后在450o C下于马弗炉中煅烧30min得到锐态矿型TiO2修饰电极。可用XRD粉末衍射仪测定TiO2晶型结构。
三、染料敏化剂的制备和表征
(1)叶绿素的提取
采集新鲜绿色幼叶，洗净晾干，去主脉，称取5g剪碎放入研钵，加入少量石油醚充分研磨，然后转
入烧杯，再加入约20mL石油醚，超声提取15min后过滤，弃去滤液。将滤渣自然风干后转入研钵中，再以同样的方法用20mL丙酮提取，过滤后收集滤液，即得到取出了叶黄素的叶绿素丙酮溶液，作为敏化染料待用。
(2)花色素的提取
称取5g红花或黄花的花瓣，洗净晾干，放入研钵捣碎，加入95%乙醇溶液淹没浸泡5min后转入烧杯，继续加入约20mL乙醇，超声波提取20min后过滤，得到花红素的乙醇溶液，作为敏化染料待用。
(3)染料敏化剂的UV-Vis吸收光谱测定
以有机溶剂（丙酮或乙醇）做空白，测定叶绿素和花红素的紫外-可见光吸收光谱。由此确定染料敏化剂的电子吸收波长范围。
四、染料敏化电极制备和循环伏安曲线测定
（1）敏化电极制备
经过煅烧后的4片TiO2电极冷却到80 o C左右，分别浸入上述两类染料溶液中，浸泡2~3 h后取出，清洗、晾干，即获得经过染料敏化的4个TiO2电极。然后采用铜薄膜在未覆盖TiO2膜的导电玻璃上引出导电极，并用生料带外封。
（2）电极循环伏安曲线测定
为考察不同的染料敏化剂在纳米TiO2电极上的电化学行为和可逆性，分别以染料敏化后的TiO2电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，pH=6.86的磷酸盐缓冲液为支持电解质，测定
0.2V~1.4V电位区间的敏化电极的循环伏安谱，改变扫描速度确定敏化剂发生电化学反应的可逆性。
五、DSSC电池的组装和光电性能测试
（1）DSSC电池组装
分别以染料敏化纳米TiO2电极为工作电极,以镀铂电极为光阴极,将电极与光阴极用夹子固定,在其间隙中滴入以乙腈为溶剂、以0.5mol/L KI+0.5mol/L I2 + 0.2 mol/L TBP为溶质的液态电解质, 封装后即得到不同染料敏化的太阳能电池。
首先，将浸渍好染料的TiO2膜边缘用透明胶(或者封装膜)粘好，留一个尺寸为5mm 5mm的槽; 其次，将槽口朝上，用注射器滴一两滴上述配置好的含碘和碘离子的电解质; 然后把镀铂对电极的导电面朝下压在TiO2膜上，把两个电极稍微错开，以便利用暴露在外面的部分作为电极的测试用;最后用两个鳄鱼夹把电池夹住就得到了一个可拆装的DSSC，如图2所示。
图2 DSSC组装示意图
（2）光电性能测试
用自组装的光电性能测试系统测定DSSC的I－V 特性曲线。光电性能测试系统由电化学工作站、氙灯光源、计算机及有效面积控制挡板组成。测试时，模拟光源的强度用辐照计调整为100 mW/cm2。
【数据记录与处理】
（1）煅烧后TiO2电极的XRD图
（2）染料敏化剂的UV-Vis吸收曲线
（3）染料敏化剂的循环-伏安曲线
（4）不同波长辐照下DSSC的光电转换效应
（5）记录波长及对应的的开路电压和短路电流：
【实验评注与拓展】
实验评注：
本实验涉及材料合成、光化学、电化学等多学科知识，实验内容丰富、步骤繁多。因此，为了保证实验顺利完成，必须注意一些实验关键点：
1、锐钛矿型TiO2的制备
TiO2有无定型和结晶型两种，板钛矿型(Brookite)属于无定型，晶体有锐钛矿型(Anatase)和金红石型(Rutile)两种不同晶型，它们的主要区别在于八面体结构中内部扭曲和结合方式不同，结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿型的质量密度(3.894 g/cm3)，带隙(3.2eV)；金红石型的质量密度(4.250g/cm3)略大于锐态矿，能带隙(3.leV)，略小于锐态矿型。它们在光电化学性质上存在差异，金红石型TiO2比表面积小，对染料的吸附能力差，因而光生电子和空穴容易复合，电子的传输受到一定影响，一般认为锐钛矿型的光活化性能比较高。研究发现，锐钛矿在低温稳定，高温则转化为金红石，纳米级材料的转化温度为600℃~1000℃。因此为了得到纯锐钛矿型的TiO2，退火温度不能太高，文献报道多控制在450o C。
2、TiO2溶胶修饰导电玻璃
TiO2薄膜作为染料吸附、电子传输的载体, 是染料敏化太阳能电池的关键, 其性能直接影响电池的效率。其中TiO2薄膜厚度对DSSC的光电转换效率有重要影响。文献研究表明, 在一定范围内增加半导体薄膜厚度, 可以增加染料吸附量, 从而提高电池效率, 但当厚度超过14μm时, 电池的各性能参数均明显下降。因此，在用TiO2溶胶修饰导电玻璃制作电极时，切忌涂层过厚。
3、DSSC电池组装
液态电解质易挥发和渗漏，进而导致电池失效，因此，组装电池时电解质的添加一定要适量，防止渗漏，且组装后如果不采取密封措施，应尽快检测光电性能，以防电解质挥发，影响电池性能。
实验拓展
1、关于染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池中，光阳极材料的性能是影响光电转换效率的关键材料，也是目前研究的热点。
对于DSSC有效的光阳极在理论上应具备以下性质: (l)半导体氧化物、光敏剂染料分子、氧化还原电解质三者之间的能级要匹配，从而使电子的转移在热力学上成为可能；(2)染料分子与半导体氧化物、染料分子与含氧化还原对的电解质、以及半导体氧化物与导电基底之间必须紧密接触，以保证电子转移的动力学过程得以实现；(3)半导体氧化物表面应尽可能多地吸附染料分子，以吸收更多的太阳光。最常用的化合物半导体是TiO2，己经有ZnO，Fe2O3、SnO2和WO3薄膜太阳电池的报道，然而它们的转化效率与TiO2相比要低的多。
为了提高光子捕获效率和量子效率，研究者们不断地对TiO2进行表面修饰改性，使其纳米化、多孔化、薄膜化，以增大TiO2的笔表面积，使其能够吸附更多地染料分子。
吸附在光阳极上的各种染料敏化剂的敏化方法也因染料的种类不同而有不同的敏化方法，通常归纳为如下几种：
1) 染料敏化剂敏化法
染料经化学键合或物理吸附在高比表面积的TiO2膜表面，染料中的光活性物质可使宽带隙的半导体表面敏化，这种敏化不但能增加光激发过程的效率也能扩展激发波长范围到可见光区。并且激发态敏化剂的能级
与TiO2的导带位置相匹配，当染料分子吸收特定能量的光子产生电子跃迁后，处于激发态的电子能级位置高于TiO2带边位置，从而将电子向TiO2的导带注入，使TiO2的光谱响应拓宽至可见光范围，使更多的太阳光能得到利用。这种方法是目前DSSC应用较多的方法。
2)窄禁带半导体复合敏化法
用于光化学转换的半导体材料一直存在这样的矛盾，即稳定性好的禁带太宽(如TiO2，E g= 3.2eV)，可见光难以激发，而对可见光敏感的窄禁带半导体材料(如Cds，E g = 2.5eV)却不稳定。半导体光敏化利用这一矛盾，采用宽、窄禁带半导体复合的方法提高电荷分离效率，扩展宽禁带半导体的光谱响应区。主要包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。
3) 杂质掺杂敏化法
利用施主或受主杂质的掺杂来实现宽禁带半导体吸收光谱的扩展，机理是在光照作用下，施主杂质的原子可电离并向TiO2导带释放电子；或受主杂质的原子从价带俘获电子并建立空穴，从而产生电荷分离。由于这些激发和跃迁所需要的能量比TiO2的禁带宽度小得多，其响应波长位于比本征吸收边更长的波段内，从而有效地扩展了光谱响应范围至可见区。杂质掺杂主要有过渡金属、稀土离子掺杂和非金属掺杂，过渡金属离子掺杂的好处就是增加电子的捕获，减缓电子-空穴的复合，从而提高光电转换效率；但同时也引入了新的载流子复合中心，降低了光电转换效率，重点是找到掺杂的量。
另外，根据所用材料不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位，但其制作成本相对偏高，制作工艺较复杂。
2、关于多晶硅太阳能电池
下面是市场上占有主要地位的多晶硅太阳能电池的制作工艺简介，如图3、4所示：
多晶硅通常采用定向凝固法、浇注法以及电磁连铸等方法制备多晶硅锭。目前企业中较多采用的是定向凝固的方法(即HEM，目前国内企业人员也普遍称之为Dss(directional solidification system)。1975年，德国瓦克(Wacker)公司在国际上首先利用浇注法制备多晶硅材料，用来制作太阳能电池，但铸造多晶硅太阳能电池转换效率要比直拉单晶硅低1%-2%。铸造多晶硅虽然含有大量的晶粒、晶界、位错和杂质，但省去了高费用的晶体拉制过程，所以成本较低，而且能耗也较低，在国际上得到广泛的应用。目前铸造多晶硅已占太阳能电池材料53%以上，成为主要的太阳能电池材料。
多晶硅硅锭制备完成后采用线锯将其切割成几百微米厚的薄片，其中线锯中的金属丝通常采用铜丝，直径约为220μm，铜丝带动碳化硅微粉切割硅锭，切下的电池片厚度大约在220-380μm的范围内。
图3 太阳能电池板生成流程
制备的硅片要经过腐蚀、清洗，然后将硅片置于扩散炉石英管中，用三氯氧磷在硅片上扩散原子，以在p型硅片上形成深度约为0.5μm左右的n型导电区，在界面形成p-n结，接着在受光面上制作减反射膜，
并通过真空蒸发或丝网印刷制作上下电极。在受光面采用栅电极，以便最大限度地采光。图4为太阳能电池的主要制备工艺流程：
工艺流程作具体说明如下：
（1）硅片腐蚀
多晶硅晶体排列方式杂乱，如果用碱液无法腐蚀得到良好的金字塔织构化表面，只能用酸溶液进行各向同性腐蚀，获得存在许多凹坑的表面结构，也能起到良好的陷光作用。利用HF和HNO3的混合溶液腐蚀硅片，以除去硅片表面机械切痕和损伤，p型硅片每面的腐蚀深度可为5~10μm。去除硅片表面损伤层是太阳能电池制造的第一道常规工序，目前主要通过化学腐蚀，此法可以有效消除由于切片造成的表面损伤，同时还可以制作绒面表面构造，从而减少光反射。硅酸性腐蚀反应式为：
Si + 6HF + HNO3→H2SiF6 + HNO2 + H2O + H2↑
图4 太阳能电池生成流程
通过多晶硅表面酸性腐蚀，可以形成一个陷光的表面绒面构造，如图5所示。光线经过这样的表面至少会有2次机会与硅片接触，这样可以有效地减少太阳光在硅片表面的反射。多晶硅片表面处理后的绒面如图6所示：
图5 光线在绒面的二次反射图6 多晶硅绒面
（2）扩散制结
多数厂家都选用p型硅片来制作太阳能电池，一般用POCl3液态源作为扩散源。扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉，如图7所示，进行磷扩散形成n型层。扩散的最高温度可达到850~900℃,。这种方法制出的结均匀性好，方块电阻的不均匀性小于10%，少子寿命可大于10ms。扩散过程遵从如下反应式：
4POCl3+3O2（过量）→2P2O5+6Cl2（气）2P2O5+5Si→5SiO2+4P 近年来，shellsolar开发了新的扩散工艺，即采用红外加热的办法，明显提高了功效，扩散速度可以达到每秒完成一片电池。
（3）去磷硅玻璃
用化学方法除去扩散层SiO2与HF生成可溶于水的SiF4，从而使硅表面的磷硅玻璃（掺P2O5的SiO2）溶解，化学反应为：SiO2+HF→H2SiF6+2H2O
（4）减反射膜制备
采用等离子体增强化学气相沉淀（PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）技术在电池表面沉积一层氮化硅（SiNx）减反射膜，不但可以减少光的反射，而且因为在制备SiNx减反射膜过程中大量的H 原子进入，能够起到很好的表面钝化和体钝化的效果，如图8所示。这对于具有大量晶界的多晶硅材料而
言，由于晶界的悬挂键被饱和，从而降低了复合中心的作用。由于具有明显的表面钝化和体钝化作用，因此可以用比较差一些的硅材料来制作太阳能电池。SiNx薄膜起到增强对光的吸收性的同时，H原子对太阳能电池起到很好的表面和体内钝化作用，从而提高了电池的短路电流和开路电压。
图7 磷扩散原理图
(a) (b)
图8 (a)沉积减反射膜前；(b) 沉积减反射膜后
（5）表面金属化
太阳能电池制造的最后一道制造工序是印刷电极，最早采用真空蒸镀或化学电镀技术，而现在普遍采用丝网印刷法，即通过特殊的印刷机和模板将银浆、铝浆印制在太阳能电池的正、背面，以形成正、负电极引线，再经低温烘烤、高温烧结，最终即可制成太阳能电池。在电池的背面制作电极毫无问题，可在整个背面加上一层薄的金属层，为了容易焊接，必要时要镀上一层锡。但电池的正面必须保证对光的透明，因此，电池的正面的电极呈梳子状或丝网状树枝状结构，如图1-10所示。正面电极的形式和厚度总是两方面因素平衡的结果：一方面要有高的透光率；另一方面要保证栅网电极有一个尽可能低的接触电阻。对此，各生产厂家有许多不同的制作工艺。通常电池片正面（负极）的梳子状电极结构中，一般有2条或3条主电极粗线，以便于连接条焊接，而背面往往以铝硅合金作为背表面场，以提高开路电压，背面（正极）也有2条或3条便于焊接的粗电极线，并往往还布满细细的网格状银线。
丝网印刷技术近年来不断改进，自动化程度不断提高。先进的丝网印刷的模板采用镍板激光刻槽制成，以保证模板的耐久和栅格的精度。一般丝网印刷的正面电极对光线有7%左右的遮拦，采用先进的模板印刷工艺可减少对光的遮拦，同时接触电阻又有一定程度的降低，制造出的电池效率也会有所提高。
（6）检测分级
电极印刷后到高温烧结结束后，整个太阳能电池制造过程也就完成了。在太阳光下将太阳能电池正、负电极用导线接上，就有电流通过了。为了保证产品质量的一致性，通常要对每个电池测试，并按电流和功率大小进行分类，可根据电池效率，每0.4或0.5分级包装。但要使太阳能电池很好的满足用户发电需要，还需将太阳能电池封装成太阳能电池组件。
(a) (b)
图9 (a)正面电极；(b) 背面电极
【提问与思考】
1、影响染料敏化太阳能电池光-电转化效率的因素有哪些？
2、敏化剂在DSSC电池中的作用有哪些？
3、光阳极的哪些性质会影响电池性能？
4、与其他太阳能电池比较，DSSC电池有哪些优势和局限性？
【参考文献】
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染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池 物理科学与技术学院化学物理学交叉培养班张玲玲 2011213434 摘要染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。本文主要从染料敏化太阳能电池的原理和电解质来进行介绍。 关键词染料敏化太阳能电池原理制备 一、染料敏化太阳能电池的基本结构 染料敏化太阳能电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、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（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为染料敏化太阳能电池的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。 图1染料敏化太阳能电池的基本结构 二、染料敏化太阳能电池的工作原理 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。 图2 染料敏化太阳能电池的工作原理示意图 2.1纳米晶多孔薄膜 作为太阳能电池半导体材料，首要条件为光照下性能稳定。考虑到只有禁带宽度Eg ﹥ 3eV 的宽带隙半导体才满足这一条件，因此可以用作DSC 半导体材料的禁带宽度必须大于3eV 。TiO2禁带宽度为3. 2eV ，是性能最优、使用最广泛的DSC 半导体电极材料。所有的太阳能电池都是依靠光电效应将光能转化为电能． 半导体的截止波长由下式计算: g E 1240g =λ 式中: Eg 为半导体禁带宽度，λg 为半导体的截止吸收波长． 则禁带宽度为3eV 半导体材料截止波长为413 nm ，而太阳光主要分布在可见光区域，而可见光光谱范围为390 ～770 nm ，因此基本不能被吸收． 为了使宽带隙半导体材料能够吸收可见光，必须通过某种方法将截止波长红移至红外区． 吸附于半导体表面的染料可以使半导体的吸收边强烈红移。 2.2染料分子
物理化学实验思考题答案
实验一燃烧热的测定预习思考题答案 1、开机的顺序是什么？ 答案：打开电源---热量计数据处理仪—计算机。（关机则相反） 2、搅拌太慢或太快对实验结果有何影响？ .答案：搅拌的太慢，会使体系的温度不均匀，体系测出的温度不准，实验结果不准，搅拌的太快，会使体系与环境的热交换增多，也使实验结果不准。 3、萘的燃烧热测定是如何操作的？燃烧样品萘时，内筒水是否要更换和重新调温？ 答案：用台秤粗称萘0.7克,压模后用分析天平准确称量其重量。 在实验界面上，分别输入实验编号、实验内容（发热值）、测试公式（国标）、试样重量、 点火丝热值（80J），按开始实验键。其他同热容量的测定。内筒水当然要更换和重新调温。 4、燃烧皿和氧弹每次使用后，应如何操作？ 答案：应清洗干净并檫干。 5、氧弹准备部分，引火丝和电极需注意什么？ 答案：引火丝与药片这间的距离要小于5mm或接触，但引火丝和电极不能碰到燃烧皿，以免引起短路，致使点火失败。 6、测定量热计热容量与测定萘的条件可以不一致吗？为什么？ 答案：不能，必须一致，否则测的量热计的热容量就不适用了，例两次取水的量都必须是2.6升，包括氧弹也必须用同一个，不能换。 7、量热计热容量的测定中，“氧弹充氧” 这步如何操作？ 答案：①卸下氧弹盖上的进出气螺栓及垫片，旋上导气管接头，并用板手拧紧； ②关闭（逆时针）氧气钢瓶的减压阀； ③打开（逆时针）氧气钢瓶总阀门，至指针指向10 Mpa左右； ④打开（顺时针）氧气钢瓶的减压阀；使指针指向2.5Mpa→充氧1min； ⑤关闭（逆时针）氧气钢瓶的减压阀； ⑥用板手旋松导气管接头，取出。垫上垫片，拧紧螺栓。 8、实验过程中有无热损耗，如何降低热损耗？ 答案：有热损耗，搅拌适中，让反应前内筒水的温度比外筒水低，且低的温度与反应后内筒水的温度比外筒高的温度差不多相等。 9、药片是否需要干燥?药片压药片的太松和太紧行不行?
初中化学基本实验技能(讲义及答案)
基本实验技能（讲义） 一、知识点睛 1.实验仪器及操作 识记常见仪器的名称及用途，并掌握基本实验操作。 2.实验误差分析 （1）托盘天平 左盘质量=右盘质量+游码质量（左物右码） ①不使用游码时，若药品与砝码位置放反，则称量的 药品质量= ； ②使用游码时，若药品与砝码位置放反，则称量的 药品质量= 。 （2）量筒 量筒放平，视线与量筒内液体保持水平。 ①仰视，读数比实际量取的液体体积； ②俯视，读数比实际量取的液体体积。 3.对人体吸入的空气和呼出的气体的探究 （1）实验目的 比较人体吸入的空气和呼出的气体中二氧化碳、氧气、 水蒸气含量的不同。 （2）实验操作、现象及结论 ①取两个空集气瓶，用玻璃片盖好瓶口，正放在桌面上。 另取两个集气瓶，用排水法收集两瓶呼出的气体， 取出后正放在桌面上。 ②将燃着的木条分别插入空气和呼出气体的样品中。 现象：盛有空气的集气瓶中，盛有 呼出气体的集气瓶中。 结论：呼出气体中氧气含量比吸入空气中的。 ③分别向空气和呼出气体的样品中滴入相同滴数的澄 清石灰水。 现象：盛有空气的集气瓶中，盛有 呼出气体的集气瓶中。 结论：呼出气体中二氧化碳含量比吸入空气中的。 ④取两块干燥的玻璃片，对其中一块哈气。 现象：放在空气中的玻璃片，哈气 的玻璃片。 结论：呼出气体中水蒸气含量比吸入空气中的。
4.对蜡烛及其燃烧的探究 （1）实验目的 对蜡烛在点燃前、燃烧时和熄灭后的三个阶段进行细 致的观察，学会完整地观察物质的变化过程及其现象。 （2）实验操作、现象及结论 点燃前： ①观察蜡烛的颜色、状态、形状、硬度并嗅其气味。 现象：色固体，质地，有气味。 ②用小刀切下一小块石蜡，放入水中。 现象：石蜡漂浮在水面上，溶于水。 结论：石蜡是一种密度比水，不溶于水的固体。 燃烧时： ③点燃蜡烛，观察燃烧时的变化及火焰。 现象：发出黄白色火焰、放热、冒黑烟、熔化成液 态后又凝固，火焰分为三层，最亮， 最暗。 结论：石蜡熔点较，燃烧时形成炭黑，火焰分 为。 ④取一根火柴，迅速平放在火焰中，1 s 后取出。 现象：处于火焰最外层的两端先变黑，第二层次之， 最里层变黑最慢。 结论：温度最高，温度最低。 ⑤分别取一个干燥烧杯和一个用澄清石灰水润湿内壁 的烧杯，先后罩在火焰上方。 现象：干燥烧杯内壁有产生，另一个烧杯内壁 澄清石灰水。 结论：蜡烛燃烧生成了和。 熄灭后： ⑥熄灭蜡烛，用火柴点燃刚熄灭时的白烟。 现象：有产生，点燃白烟，蜡烛重新燃烧。 结论：白烟是石蜡的固体小颗粒，具有可燃性。
物理化学实验总结与心得
物化实验总结与心得 闽江学院化学与化学工程系120101202242 朱家林 时间过的很快，一个学期的物化实验已经结束了。经过一个学期的物化实验的学习，学到了很多专业知识和实验基本操作，以及很多做人做事的技巧和态度。物化实验是有用的，也是有趣的，物理化学实验涉及到了化学热力学、化学动力学、电化学、表面化学。一下，简单的回顾一下本学期的十四个物化实验。 实验一、燃烧热的测定 用氧弹卡计测定萘的燃烧热；了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的区别；了解卡计中主要部分的作用。掌握卡计的实验技术；学会用雷诺图解法校正温度变化。热是一个很难测定的物理量，热量的传递往往表现为温度的改变。而温度却很容易测量。如果有一种仪器，已知它每升高一度所需的热量，那么，我们就可在这种仪器中进行燃烧反应，只要观察到所升高的温度就可知燃烧放出的热量。根据这一热量我们便可求出物质的燃烧热。试验中要注意：压片时应将Cu-Ni合金丝压入片内；氧弹充完氧后一定要检查确信其不漏气，并用万用表检查两极间是否通路；将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于“关”的位置。点火结束后，应立即将其关上。氧弹充氧的操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出，发生危险。 实验二、液体饱和蒸汽压的测定 明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体饱和蒸气压和温度的关系棗克劳修斯-克拉贝龙方程式；用等压计测定不同温度下苯的饱和蒸气压。初步掌握真空实验技术；学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。测定前必须将平衡管a,b段的空气驱赶净。冷却速度不应太快，否则测得的温度将偏离平衡温度。如果实验过程中，空气倒灌，则实验必须重做。在停止实验时，应该缓慢地先将三通活塞打开，使系统通大气，再使抽气泵通大气（防止泵中油倒灌），然后切断电源，最后关闭冷却水，使装置复原
高分子材料物理化学实验复习资料
一、热塑性高聚物熔融指数的测定 熔融指数 (Melt Index 缩写为MI) 是在规定的温度、压力下，10min 高聚物熔体通过规定尺寸毛细管的重量值，其单位为g 。 min)10/(600 g t W MI ?= 影响高聚物熔体流动性的因素有因和外因两个方面。因主要指分子链的结构、分子量及其分布等；外因则主要指温度、压力、毛细管的径与长度等因素。 为了使MI 值能相对地反映高聚物的分子量及分子结构等物理性质，必须将外界条件相对固定。在本实验中，按照标准试验条件，对于不同的高聚物须选取不同的测试温度与压力。因为各种高聚物的粘度对温度与剪切力的依赖关系不同，MI 值只能在同种高聚物间相对比较。一般说来，熔融指数小，即在10min 从毛细管中压出的熔体克数少，样品的分子量大，如果平均分子量相同，粘度小，则表示物料流动性好，分子量分布较宽。 1、 测烯烃类。 2、聚酯（比如涤纶）不能测。 3、只能区别同种物质。 聚丙烯的熔点为165℃，聚酯的熔点为265℃。熔融加工温度在熔点上30~50 考：简述实验步骤： ① 选择适当的温度、压强和合适的毛细管。（聚丙烯230℃） ② 装上毛细管，预热2~3min 。 ③ 加原料，“少加压实”。平衡5min ，使其充分熔融。 ④ 加砝码，剪掉一段料头。1min 后，剪下一段。 ⑤ 称量 ⑥ 重复10次，取平均值。 ⑦ 关闭，清洁仪器。 思考题： 1、影响熔融指数的外部因素是什么？（4个） 2、 熔融指数单位：g/10min 3、测定热塑性高聚物熔融指数有何意义？ 参考答案：热塑性高聚物制品大多在熔融状态加工成形，其熔体流动性对加工过程及成品性能有较大影响，为此必须了解热塑性高聚物熔体的流变性能，以确定最佳工艺条件。熔融指数是用来表征熔体在低剪切速率下流变性能的一种相对指标。 4、聚合物的熔融指数与其分子量有什么关系？为什么熔融指数值不能在结构不同的聚合物之间进行比较？ 答：见前文。 二、声速法测定纤维的取向度和模量 测定取向度的方法有X 射线衍射法、双折射法、二色性法和声速法等。其中，声速法是通过对声波在纤维中传播速度的测定，来计算纤维的取向度。其原理是基于在纤维材料中因大分子链的取向而导致声波传播的各向异性。 几个重要公式： ①传播速度C=)/(10 )(106 3 s km t T L L ??-?- 单位：C-km/s ；L-m ；T L -μs ；△t-μs ②模量关系式 2 C E ρ= ③声速取向因子 22 1C C f u a -= ④?t(ms)=2t 20－t 40（解释原因） Cu 值（km/s ）：PET= 1.35，PP=1.45，PAN=2.1，CEL=2.0 （可能出选择题） 测定纤维的C u 值一般有两种方法：一种是将聚合物制成基本无取向的薄膜，然后测定其声速值；另一种是反推法，即先通过拉伸试验，绘出某种纤维在不同拉伸倍率下的声速曲线，然后将曲线反推到拉伸倍率为
物理化学实验讲义
1.恒温槽构造及恒温原理 2.乌氏粘度计的构造及测量原理 分子量是表征化合物特性的基本参数之一。但高聚物的分子量大小不一，参差不齐，一般在103~107之间，所以通常所测高聚物的分子量，是平均分子量。高聚物分子量测定方法很多，对线型高聚物，歌方法适用的范围如下： 端基分析<3×104 沸点升高、凝固点降低、等温蒸馏<3×104 渗透压104~106 光散射104~107 超离心沉降及扩散104~107 高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液体在流动是存在着内摩擦，其中有溶剂分子与溶剂分子之间的内摩擦，表现出来的粘度叫纯溶剂粘度，记做η0，还有高分子与高分子之
间的内摩擦，以及高分子与溶剂分子之间的内摩擦，三者的总和表现为溶液的粘度，记做η，而在同一温度下，高聚物溶液的粘度一般都比纯溶剂的粘度要大，即η>η0，这些粘度增加的分数称作增比粘度，记做ηsp ，即： 110 00-=-=-=r sp ηηηηηηη 上式中ηr 称为相对粘度，它指明溶液粘度对溶剂粘度的相对值，仍是整个溶液的粘度行为；则意味着它已扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应，仅留下纯溶剂与高分子之间，以及高聚物分子之间的内摩擦效应。但溶液的浓度又可大可小。显然，浓度越大，粘度也就越大，为了便于比较，取在单位浓度下所显示的粘度，即引入ηsp /C ，称为比浓粘度，其中C 是浓度。又为了进一步消除高分子与高分子之间的内摩擦效应，必须将溶液浓度无限喜试网，使得每个高聚物分子彼此相隔极远，其相互干扰可以忽略不计，这时溶液所呈现出的粘度行为主要就反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦。 这一粘度的极限值记为 []ηη=→C sp C 0lim [η]被称为特性粘度。如果高聚物分子的分子量越大，则它与溶剂间的接触表面也越大，因此摩擦就大，表现出的特性粘度也大。 人们在大分子的[η]与其分子量M 呈正比的关系基础上，推广出高聚物[η]与其平均分子量M 之间的半经验关系。 []αηM K = K 是比例常数，α是与分子形状有关的经验参数。K 和α值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K 值受温度的影响较明显，而α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度。线团舒展，摩擦增大，α值就大，接近于1，线团紧缩，发生摩擦的机会减小，α值就小，在极限的情况下，接近0.5，所以α介于0.5~1之间。K 和α的数值只能通过其他绝对方法确定（例如渗透压法、光散射法等等）。而从粘度法只能测得[η]。 测得液体粘度的方法，主要可分为三类： （1） 液体在毛细管里的流出时间； （2） 圆球在液体里的下落速度； （3） 液体在同心轴圆柱体间相对转动的影响。 在测定高分子的[η]时，以毛细管流出法的粘度计最为方便。 当液体在毛细管粘度计内因重力作用而流出时，遵守泊谡叶公式： lt V m lV t hgr ππρη884-= η——液体的粘度，ρ——液体的密度，l ——毛细管的长度，r ——毛细管半径，t ——是流出时间，h ——流过毛细管液体的平均液柱高度，V ——流经毛细管的液体体积，m ——毛细管末端校正的参数（一般在r/l<<1时，可以取m=1）。 对于某一支指定的粘度计而言，上式可以写成下式
《基础化学实验》
《基础化学实验》教学大纲
目录 《无机化学实验》（基础一）教学大纲 (1) 《分析化学实验》（基础二）教学大纲 (7) 《物理化学实验》（基础三）教学大纲 (11) 《有机化学实验》（基础四）教学大纲 (16)
《无机化学实验》教学大纲 ——基础化学实验一 一、有实验的课程名称：无机化学实验（Experimental Inorganic Chemistry） 二、课程编码：（以培养计划为准） 三、课程性质：必修 四、学时学分 课程总学时：64 总学分：4 实验学时：64 五、适用专业：应用化学等专业 六、本实验课的配套教材、讲义与指导书 周井炎主编，《基础化学实验》（上），华中科技大学出版社，武汉，2004。 七、实验课的任务、性质与目的 无机化学实验是应用化学专业第一门必修实验课，与无机化学理论课密切相关。通过实验教学，加深对无机化学的基本概念与基本理论的理解，了解无机物的一般分离、提纯和制备方法，掌握无机化学实验的基本操作技能和常见元素及化合物的性质，学会正确使用基本仪器，培养动手、观察、思维和表达等方面的能力以及严谨的科学态度。 八、实验课的基本理论 无机化学中的“解离平衡”、“氧化还原”“配位化合物”“d区元素的重要性质”以及常见的无机基本操作。 九、实验方式和基本要求 1.本课程以实验为主。开课后，任课教师需向学生讲清课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、考核内容及办法、实验守则及实验室安全制度等。 2.学生在实验前必须进行预习，预习报告或设计实验方案经老师批阅后，方可进入实验室进行实验 3.老师课堂只讲解实验中所涉及的基本操作和部分难点 4.实验1人1组。每个实验要求在规定时间内由学生独立完成。碰到疑难问题，学生要善
物理化学实验报告.
《大学化学基础实验2》实验报告 课程：物理化学实验 专业：环境科学 班级： 学号： 学生姓名：邓丁 指导教师：谭蕾 实验日期：5月24日
实验一、溶解焓的测定 一、实验名称：溶解焓的测定。 二、目的要求:(1)学会用量热法测定盐类的积分溶解焓。 (2)掌握作图外推法求真实温差的方法。 三、基本原理： 盐类的溶解通常包含两个同时进行的过程：一是晶格的破坏，为吸热过程；二是离子的溶剂化，即离子的水合作用，为放热过程。溶解焓则是这两个过程热效应的总和，因此，盐类的溶解过程最终是吸热还是放热，是由这两个热效应的相应大小所决定的。影响溶解焓的主要因素有温度、压力、溶质的性质以及用量等。热平衡式： △sol H m=-[（m1C1+m2C2）+C]△TM/m2 式中, sol H m 为盐在溶液温度及浓度下的积分溶解焓, J·mol , m1 , m2 分别为水和溶质的质量, M 为溶质的摩尔质量,kg·mol -1 ;C1 ,C 2 分别为溶剂水, kg; 溶质的比热容,J·kg -1；T 为溶解过程中的真实温差,K;C 为量热计的热容, J·K- 1 ,也称热量计常数.本实验通过测定已知积分溶解焓的标准物质 KCl 的 T ,标定出量热计热容 C 的值. 四、实验主要仪器名称： NDRH-2S型溶解焓测定实验装置1套（包括数字式温度温差测量仪1台、300mL简单量热计1只、电磁搅拌器1台）；250mL容量瓶1个；秒表1快；电子 ；蒸馏水 天平1台；KCl；KNO 3 五、实验步骤： （1）量热计热容 C 的测定 ( 1 ) 将仪器打开 , 预热 . 准确称量 5.147g 研磨好的 KCl , 待用 . n KCl : n水 = 1: 200 （2）在干净并干燥的量热计中准确放入 250mL 温室下的蒸馏水,然后将温度传感器的探头插入量热计的液体中.打开搅拌器开关,保持一定的搅拌速度,待温差变化基本稳定后,读取水的温度 T1 ,作为基温. （3）同时, 每隔30s就记录一次温差值,连续记录8 次后, 将称量好的 5.174g KCl 经漏斗全部迅速倒入量热计中,盖好.10s记录一次温度值,至温度基本稳定不变,再每隔 30s记录一次温度的数值,记录 8 次即可停止. （4）测出量热计中溶液的温度,记作 T2 .计算 T1 , T2 平均值,作为体系的温度.倒出溶液,取出搅拌子,用蒸馏水洗净量热计. KNO3 熔解热的测定:标准称量 3.513g KNO3 ,代替 KCl 重复上述操作.
高级物理化学实验讲义-液质联用
高级物理化学实验讲义 实验项目名称：L C Q-F l e e t液质联用仪的原理、实验技术及应用姓名: 张诗群学号：130420123 指导教师：谢莉莉 成绩评定：评阅教师： 日期：2012 年6 月17 日 一、实验目的 1.掌握L C Q-F l e e t液质联用仪基本原理。 2.熟悉该仪器的各部分的功能，并能进行简单的进样操作及 控制软件的使用。 3.初步使用该仪器的数据处理软件，对得到的较简单实验谱 图进行正确的判断及归属。 二、实验原理 1. 质谱简化流程： 2. LCQ-fleet的结构示意图。
3. 质谱相关名词 质荷比（m/z）：以原子质量单位表示的离子质量与其电荷数的比值。 基峰：在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰。 总离子流谱图（TIC）：对质荷比（m/z）在一定范围内的离子电流总和进行连续检测与记录的谱图。 原子质量单位（u）：用来衡量原子或分子质量的单位，它被定义为碳12原子质 量的1/12。 4.离子的产生 离子源类型： 1.Electrospray Ionization (ESI) 电喷雾电离- 大多数情况下是液态过程。 2.Atmospheric Pressure Photo-Ionization（APCI）大气压下化学电离-气 相过程。 3.Atmospheric Pressure Photo-Ionization（APPI）大气压下光离子化-气相 过程。 离子源作用： 1.去溶剂 2.真空过渡 3.离子化
4.去除干扰 5. 电喷雾（ESI）电离过程 6. ESI离子化特点： 1. 软电离方式，一般得到分子离子峰，如M+H+，M+Na+，M-H+; 2. 液态电离方式，流速耐受有限（＜250 ul/min）； 3. 可在常温下进行，热不稳定化合物首选； 4. 可产生多电荷离子；有利于大分子化合物（如蛋白和多肽）的分析； 5. 适用于强极性化合物； 6. 灵敏度高； 7. 大气压化学离子化（APCI）电离过程
基础化学实验下
基础化学实验Ⅰ(下) 实验一、分析天平的称量练习 1. 用分析天平称量的方法有哪几种?指定质量称样法和递减称样法各有何优缺点?在什么情 况下选用这两种方法? 答：称量有三种方法：直接称量法，指定质量称量法，递减称量法。 指定质量称量法：此方法称量操作的速度很慢，适于称量不易吸潮，在空气中能稳定存在的 粉末状或小颗粒（最小颗粒应小于0.1mg ）样品，以便容易调节其质量。在直接配制标准溶液和试样分析时经常使用指定质量称样法。 递减称量法：此称量操作比较繁琐。主要用于称量过程中样品易吸水、易氧化或易与空气中 的CO 2发生反应的试样。 2. 使用称量瓶时，如何操作才能保证试样不致损失？ 答：将称量瓶取出，在接收器的上方，倾斜瓶身，用称量瓶盖轻敲瓶口上部使试样慢慢落入容器中。当顷出的试样接近所需量时，一边继续用瓶盖轻敲瓶口，一边逐渐将瓶身竖直，使粘附在瓶口上的试样全部进入称量瓶中，然后再盖好瓶盖，称量。 实验二、滴定分析基本操作练习 1．HCl 溶液与NaOH 溶液定量反应完全后，生成NaCl 和水，为什么用HCl 滴定NaOH 时 采用甲基橙作为指示剂，而用NaOH 滴定HCl 溶液时却使用酚酞作为指示剂? 答：HCl 溶液与NaOH 溶液，相互滴定两种指示剂均可采用，但是考虑到终点颜色的观察敏 锐性一般黄色到橙色，无色到红色容易观察，因此采用上述方法。 2．滴定读数的起点为什么每次最好调到0.00刻度处？ 答：因为滴定管在制作过程中会出现管内刻度不完全均匀的现象，每次滴定都从0.00刻度开始，能消除系统误差。 实验三、混碱分析 1. 双指示剂法的测定原理是什么？ 答：用HCl 溶液滴定Na 2CO 3 为例。H 2CO 3 为二元酸，离解常数分别为p K a1=6.38; p K a2=10.25，用HCl 溶液滴定Na 2CO 3 溶液时c K b1>10-9 ，c K b2=10-8.62 > 10-9，且K b1/K b2=10-3.75/10-7.62=103.87 ≈104，能分步进行：第一步反应：Na 2CO 3＋HCl ＝NaHCO 3＋NaCl ， 第二步的反应产物为CO 2 ，其饱和溶液的浓度为0.04 mol·L -1 3.8)25.1036.6(21)p p (21pH :11a a 1=+=+=K K 第一化学计量点 9.3)40.136.6(21)p p (2 1pH :1a 2=+=+=c K O H CO .............................................CO H NaCl HCl NaHCO 22323+↑+=+a 第二化学计量点用HCl 溶液滴定Na 2CO 3有2个滴定突跃： 第一个突跃在化学计量点pH=8.3的附近,可用酚酞作指示剂； 第二个突跃在化学计量点pH=3.9的附近,可用甲基橙作指示剂。 2. 采用Na 2CO 3作基准物质标定0.l mol·L -1 HCl 溶液时，基准物质称取量如何计算?
物理化学实验数据处理
物理化学实验数据处理 实验一 电极的制备及电池电动势的测定与应用 一、实验数据记录 二、数据处理 1饱和甘汞电极电动势的温度校正 )298/(1061.72415.0/4-?-=-K T V SCE ? 15.273+=t T t 组成饱和甘汞电极的KCl 溶液的温度，℃。 2测定温度下锌、铜电极电动势的计算 1） 测定温度下锌电极电势的计算 Zn Zn SCE Hg Zn E /2)(+-=-??平均值 )(/2平均值Hg Zn SCE Zn Zn E --=∴+?? 2） 测定温度下铜电极电势的计算 SCE Cu Cu Hg Cu E ??-=+-/2)(平均值 S C E Hg Cu Cu Cu E ??+=∴-+)(/2平均值 3） 测定温度下标准锌电极电极电势的计算 ++ + +±++=+=2222ln 2)(ln 2/2//Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn m F RT Zn F RT γ?α??θ θ +++ ±-=∴222ln 2//Zn Zn Zn Zn Zn m F RT γ??θ（±γ参见附录五表V-5-30，11.02-?=+l mol m Zn ） 4） 测定温度下标准铜电极电极电势的计算 ++ + +±++=+=2222ln 2)(ln 2/2//Cu Cu Cu Cu Cu Cu Cu m F RT Cu F RT γ?α??θ θ +++ ±-=∴222ln 2//Cu Cu Cu Cu Cu m F RT γ??θ（±γ参见附录五表V-5-30，11.02-?=+l mol m Cu ） 2 298K 时锌、铜电极标准电极电势的计算 1）锌电极标准电极电势的计算 )298/(000016.0)298(/)(//22-?-=+ +K T K V T Zn Zn Zn Zn θθ?? )298/(000016.0/)()298(//22-?+=∴++ K T V T K Zn Zn Zn Zn θ θ?? 1）铜电极标准电极电势的计算 2 6//)298/(1031.0)298/(0001.0)298(/)(22-?+-?+=-+ +K T K T K V T Cu Cu Cu Cu θθ?? 2 6//)298/(1031.0)298/(0001.0)()298(22-?+-?-=∴-+ +K T K T T K Cu Cu Cu Cu θθ?? 15.273+=t T t 组成相应电极的电解质溶液的温度，℃。
《物理化学实验》讲义#(精选.)
备课教案撰写要求 一、认真钻研本学科的教学大纲和教材，了解本学科的教学任务、教材体系结构和国际国内最新研究进展，结合学生实际状况明确重难点，精心安排教学步骤，订好学期授课计划和每节课的课时计划。 二、教师备课应以二学时为单位编写教案；一律使用教学事务部发放的教案本撰写，不得使用其他纸张。在个人认真备课、写好教案的基础上，提倡集中备课、互相启发、集思广益，精益求精。 三、教案必须具备如下内容（每次课应在首页应写清楚）：1、题目（包括章、节名称、序号）；2、教学目的与要求；3、教学重点和难点分析；4、教学方法；5、教学内容与教学组织设计（主要部分，讲课具体内容）；6、作业处理；7、教学小结。 四、教案必须每学期更新，开学初的备课量一定要达到或超过该课程课时总量的三分之一。教案要妥善携带及保存，以备教学检查。
教学进度计划表填表说明 1．本表是教师授课的依据和学生课程学习的概要，也是学院进行教学检查，评价课堂教学质量和考试命题的重要依据，任课教师应根据教学大纲和教学内容的要求认真填写，表中的基本信息和内容应填写完整，不得遗漏。 2．基本信息中的“课程考核说明及要求”的内容主要包括课程考核的方式、成绩评定的方法、平时成绩与考试成绩的比例、考试的题型、考试时间以及其他相关问题的说明与要求等。 3．进度表中“教学内容”只填写章或节的内容，具体讲授内容不必写；每次课只能以2学时为单位安排内容。 4．进度表中的“教学形式及其手段”是指教学过程中教师所采用的各种教学形式及相关手段的说明，一般包括讲授、多媒体教学、课件演示、练习、实验、讨论、案例等。 5．作业安排必须具体（做几题，是哪些题）。 6．进度表中的“执行情况”主要填写计划落实和变更情况。 7．教学进度计划表经责任教授、系（部）领导审签后，不得随意变动，如需调整，应经责任教授、系（部）领导同意，并在执行情况栏中注明。
化学实验讲义
《化学实验》考点分析与答题技巧 1、考查《实验化学》必修课题中相关实验细节例、判断下列说法中正确的是。 （1）向铜锌稀硫酸原电池中加入K 2Cr 2O 7或高锰酸钾晶体或10%H 2O 2会增强放电效率（2）向氯化钴溶液中加浓盐酸溶液会变蓝色，加水稀释溶液会变粉红色。 （3）将海带灰浸出液过滤后加入过量的氯水或H 2O 2以保证将I -全部氧化为I 2。（4）移液管使用前一定要润洗。移液管中液体放出后最后一滴一般不需吹出。 （5）过氧化氢在碱性溶液中分解较快，大多数金属氧化物、氯化铁溶液等也可加速H 2O 2的分解。（6）向蛋白质溶液中加入双缩脲试剂溶液会显紫玫瑰色； （7）用纸层析法分离铁离子和铜离子的实验中，样品中两种离子在滤纸上分离并氨熏后， Fe 3+ 离子对应的色带离点样点要远一些。 （8）欲分离硝酸钾和氯化钠的混合物（物质的量之比为1：1），先将样品溶解，然后加热至表面出现晶膜 后冷却，过滤得到硝酸钾晶体；将母液加热至大量晶体析出后，用余热蒸干，得氯化钠晶体。 （9）阿司匹林的提纯是将粗产品先溶解在饱和碳酸氢钠溶液中，过滤后向滤液加入盐酸，冷却后有晶体 析出，抽滤并用少量的乙醇洗涤晶体 （10）乙醇与浓硫酸共热至170℃，将制得的气体通入酸性KMnO 4溶液来检验制得气体是乙烯 （11）牙膏中的保湿剂甘油可与新制Cu(OH)2反应生成绛蓝色沉淀，牙膏中的安息香酸钠、氟化钠溶于水， 水解使溶液呈碱性，可以预防龋齿。 （12）在中和热的测定实验中，将氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的量热计中，立即读出并记录溶液的起 始温度，充分反应后再读出并记录反应体系的最高温度 （13）用标准酸液、甲基橙试液、pH 计、滴定管（酸式和碱式）、锥形瓶、蒸馏水等主要仪器和药品即可 完成某一未知浓度氨水的电离度的测定实验 2、考查同类型实验之间的联系例、（1）纸层析与萃取的相似点如何？（2）过滤、热过滤、抽滤实验均用到滤纸，滤纸的折叠方法有何不同？过滤与热过滤时漏斗下端与烧杯内壁是否紧靠？ （3）在纸层析试验与制铜氨纤维时均出现铜铵溶液，铜铵溶液的作用有何不同？要破坏铜铵溶液的结构可采取那些方法？ （4）列举与氢氧化铜相关的试验 （5）《必修1》、《实验化学》中钢铁的吸氧腐蚀均有Fe 2+ 的检验，检验方法有何不同？所用试剂的名称和化学式的书写。
(精)基础化学综合实验讲义
基础化学综合实验 讲义
实验预习、记录和实验报告 实验预习 有机化学实验课是一门带有综合性的理论联系实际的课程，也是培养学 生独立工作能力的重要实践环节。因此，要达到实验的预期效果，必须在实验 前认真地预习好有关实验内容，做好实验前的准备工作。 看：仔细地阅读与本次实验有关的全部内容，不能有丝毫的马虎和遗漏。查：通过查问手册和有关资料来了解实验中要用到或可能出现的化合物 的性能和物理常数。 写：在看和查的基础上认真地写好预习笔记。每个学生都应准备一本实验 预习和记录本。 预习笔记的具体要求是： (1)实验目的和要求，实验原理和反应式(主反应、主要副反应)。需用的 仪器和装置的名称及性能、溶液浓度或配制方法，主要试剂或产物的物理常数，主要试剂的规格用量(g，ml，mol)都要写在预习笔记本上。 (2)阅读实验内容后，根据实验内容用自己的语言正确地写出简明的实验 步骤(不是照抄！)，关键之处应加注明。步骤中的文字可用符号简化。例如， 化合物只写分子式；克用“g”，毫升“mL”，热用“△”，加“+”，沉淀“↓”，气体逸出用“↑”，仪器以示性图代之。这样在实验前己形成了一个工 作提纲，实验时按此提纲进行。 (3)合成实验，应列出租产物纯化过程及原理。 (4)对于将要做的实验中可能出现的问题(包括安全和实验结果)要写出防 范措施和解决办法。 实验记录 实验时应认真操作，仔细观察，积极思考，并且应不断地将观察到的实验 现象及测得的各种数据及时如实地记录在记录本上。实验完毕后，将实验记录 交教师审阅。实验记录是实验过程的原始记录，必须以严肃认真的态度对待。 做好实验记录应注意以下几点： (1)使用记录本，编写页数。 (2)完整记录实验内容展求记录准确，实事求是，不准弄虚作假。记录内 容包括：实验的全过程、试剂用量、仪器装置、反应温度、反应时间、反应现象、产量、产率等。 (3)实验记录必须做到简明、扼要，字迹整洁，不仅要自己明白，还要别 人能看懂，作为原始记录不得随便涂改。 实验报告 实验报告是总结实验进行的情况，分析实验中出现的问题，整理归纳实 验结果必不可少的基本学习环节；也是把直接的感性认识提高到理性思维阶段 的必要一步。因此必须认真地写好实验报告。实验报告的格式如下。 合成实验报告 实验名称 (1)实验目的和要求。 (2)实验原理。 ①主反应与副反应； ②主要试剂及产物的物理常数
染料敏化太阳电池
染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工（EPFL）M. Grtzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，欧、美、日等发达国家投 染料敏化太阳能电池的研究历史可以追溯到19世纪早期的照相术。1837年，Daguerre制出了世界上第一张照片。两年后，Fox Talbot将卤化银用于照片制作，但是由于卤化银的禁带宽度较大，无法响应长波可见光，所以相片质量并没有得到很大的提高。1883年，德国光电化学专家Vogel 发现有机染料能使卤化银乳状液对更长的波长敏感，这是对染料敏化效应的最早报导。使用有机染料分子可以扩展卤化银照相软片对可见光的响应范围到红光甚至红外波段，这使得“全色”宽谱黑白胶片乃至现在的彩色胶片成为可能。1887年，Moser将这种染料敏化效应用到卤化银电极上，从而将染料敏化的概念从照相术领域延伸到光电化学领域。1964年，Namba 和Hishiki发现同一种染料对照相术和光电化学都很有效。这是染料敏化领域的重要事件，只是当时不能确定其机理，即不确定敏化到底是通过电子的转移还是通过能量的转移来实现的。直到20世纪60年代，德国的Tributsch发现了染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的机理，才使人们认识到光照下电子从染料的基态跃迁到激发态后继而注入半导体的导带的光电子转移是造成上述现象的根本原因。这为光电化学电池的研究奠定了基础。但是由于当时的光电化学电池采用的是致密半导体膜，染料只能在膜的表面单层吸附，而单层染料只能吸收很少的太阳光，多层染料又阻碍了电子的传输，因此光电转换效率很低，达不到应用水平。后来人们制备了分散的颗粒或表面积很大的电极来增加染料的吸附量，但一直没有取得非常理想的效果。1988年，Grätzel小组用基于Ru的染料敏化粗糙因子为200的多晶二氧化钛薄膜，用Br2/Br-氧化还原电对制备了太阳能电池，在单色光下取得了12 %的转化效率，这在当时是最好的结果了。直到1991年，Grätzel在O’Regan的启发下，应用了O’Regan制备的比表面积很大的纳米TiO2颗粒，使电池的效率一举达到7.1 %，取得了染料敏化太阳能电池领域的重大突破。应当说，纳米技术促进了染料敏化 结构组成 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（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间
物化实验数据处理
2. 不稳定常数的测定 在络合物明显解离的情形下，用等摩尔系列法得到图2中的曲线，并作切线交于N 点。 设在N 点的光密度为D 0，曲线2极大的光密度为D ，则络合物的解离度α为： 对于MA 型络合物的 ，故将该络合物浓度c 及上面求出的α代入此式即可算出不稳定常数。 数据处理 2. 络合物不稳定常数的计算 在△D- 图上通过 为0和1.0处分别作曲线的切线，两切线交于一点，从 图上找到该点相应的光密度D 0以及曲线上极大点的光密度D ，由D 0和D 计算解离度α。 最后计算该络合物的不稳定常数 K 不稳文献值为2*10-3。 解： 从△D- 图上可以得到： D 0=0.382， D max = 0.264 则可求得解离度α： =0.50 得 =解离部分总浓度=总浓度络合物浓度总浓度D D 0=D 0ααK 不稳=c α21c M c M c A =D D 0=D 0 α=0.3820.3090.3820.264c M c M c A c M c M c A D D 0=D 0αc M c M c A αK 不稳=c α21
c A = c M 又知： c A + c M = 0.038 (mol ?L -1 ) 得 c A = c M = 0.019 (mol ?L -1 ) ∴ c MA = 0.019 (mol ?L -1 )，即c= 0.019 (mol ?L -1 ) 3. 络合反应标准自由能变化的计算 利用△G ? = - RT ln1/K 不稳计算该络合反应的标准自由能变化。 △G ? = - RT ln1/K 不稳 = -8.314*(273.15+22.5)*ln1/(2.63*10-3) = -1.46*104 (J ?mol -1) 原电池电动势数据处理 Ⅴ、数据记录(实验测试数据) E 1 = 1.11810 V (Zn-Cu 电池) E 2 = 1.07110 V (Zn-Hg 电池) E 3 = 0.04470 V (Cu-Hg 电池) Ⅵ、数据处理 1、 饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验温度时饱和甘汞电极的电极电势： )298/(1061.72415.0/4-?-=-K T V ? = 0.2415 - 7.61×10 –4(292 – 298) = 0.24607 V 2、 据测定的各电池的电动势，分别计算铜、锌电极的T ?、T θ?、298θ ?。 (1) 求 T ?： V E K Hg Cl Hg Cu Cu 29077.024607.004470.0)292(/3/222=+=+=+?? V E K Hg Cl Hg Zn Zn 82503.007110.124607.0)292(2//222-=-=-=+?? (2) 求T θ ?： αK 不稳=c α21= 0.019*0.309210.309= 0.019*0.0955 0.691=2.63*10 -3
基础化学实验试题及答案资料讲解
基础化学实验试题及 答案
基础化学实验试题
1．测定水的硬度时,需要对Ca、Mg进行分别定量。（×） 2．对某项测定来说，它的系统误差大小是不可测量的。（×） 3．金属离子指示剂与金属离子生成的络合物过于稳定称为指示剂的封闭现象。（√） 4．以HCl标准溶液滴定碱液中的总碱量时，滴定管的内壁挂液珠，会使分析结果偏低。（√）
1、络合滴定中为什么加入缓冲溶液？（14分） 答：各种金属离子与滴定剂生成络合物时都应有允许最低pH值，否则就不能被准确滴。而且还可能影响指示剂的变色点和自身的颜色，导致终点误差变大，甚至不能准确滴定。因此酸度对络合滴定的影响是多方面的，需要加入缓冲溶液予以控制。 2．铝合金中铝含量的测定，用锌标准溶液滴定过量的EDTA，为什么不计滴定体积？能否用不知道准确浓度的Zn2+溶液滴定？实验中使用的EDTA需不需要标定?（15分） 答：铝合金中铝含量的测定，用的是置换滴定法，只要计量从AlY-中置换出的EDTA，而不需要对与Al3+反应后过量的EDTA计量，滴定过量的EDTA可以，滴定置换出的EDTA不行。 实验中使用的EDTA不需要标定。 3．为下列操作选用一种合适的实验室中常用的仪器，说出名称和规格：（14分） 1) 准确称取0.6克待测定样品，溶解,定溶到100.0ml； 2) 移取25.00mlHCl溶液，用0.1mol·L_1标准溶液滴定。 答：1）分析天平，100ml容量瓶。 2）25ml移液管，50ml碱式滴定管。 4．有一碱液，可能含有NaOH、Na 2CO 3 或NaHCO 3 ，也可能是其中两者的混合 物。今用盐酸溶液滴定，以酚酞为指示剂，消耗盐酸体积为V1；当加入甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定，又消耗HCl体积为V2，试判断下列五种情况下，混合碱中存在的成分是什么？（15分） （1）V１=0；（2）V２=0；（3）V１＞V２；（4）V１＜V２；（5）V１=V２。答：（1）V１=0：存在NaHCO3（2）V２=0：存在NaOH （3）V １＞V２：存在NaOH和Na2CO 3 （4）V １＜V２存在Na2 CO 3 和NaHCO 3
染料敏化太阳能电池-化学与物理电源基础实验讲义1
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是最近发展起来的，优点在于其廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。但是TiO2的禁带宽度为3.2eV，只能吸收波长小于375nm的紫外光，为了使其吸收红移至可见光区，增大对全光谱范围的响应，1991年，瑞士洛桑高等工业学院(EPFL) Gratzel研究小组开发了染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC)，它是由吸附染料光敏化剂（过渡金属钌的有机化合物染料）的纳米二氧化钛(TiO2)多孔薄膜制成的新型光化学电池。其光电转换效率达7.1%。1993年，他再次报道了光电转换效率达10%的TiO2染料电池，1998年，该研究组进一步研制出全固态DSSC，使用固体有机空穴传输代替液体电解质，单色光光电转化效率达到33%，从而引起了全世界的科学家对染料敏化太阳能电池的关注。近年来，染料敏化太阳能电池的研究主要集中在阳极材料的改性、染料的改进、电解质的研究、以及阴极对染料敏化太阳能电池的影响等。本实验主要研究不同的染料敏化剂和不同的敏化方法对TiO2太阳能电池光电转换效应的影响。 【实验目的】 (1)了解染料敏化纳米TiO2太阳能电池的工作原理及性能特点。 (2)掌握合成纳米TiO2溶胶的方法、染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法以及电池的组装方法。 (3)掌握评价染料敏化太阳能电池性能的方法。 【实验原理】 一、DSSC结构和工作原理 DSSC结构：染料敏化太阳能电池的结构是一种“三明治”结构, 如图1所示，主要由以下几个部分组成: 导电玻璃、染料光敏化剂、多孔结构的TiO2半导体纳米晶薄膜、电解质和铂电极。其中吸附了染料的半导体纳米晶薄膜称为光阳极，铂电极叫做对电极或光阴极。 DSSC电池的工作原理：电池中的TiO2禁带宽度为3.2 eV，只能吸收紫外区域的太阳光，可见光不能将它激发，于是在TiO2膜表面覆盖一层染料光敏剂来吸收更宽的可见光，当太阳光照射在染料上，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不稳定，并且染料与TiO2薄膜接触，电子于是注入到TiO2导带中，此时染料分子自身变为氧化态。注入到TiO2导带中的电子进入导带底，最终通过外电路流向对电极，形成光电流。处于氧化态的染料分子在阳极被电解质溶液中的I-还原为基态，电解质中的I3-被从阴极进入的电子还原成I-，这样就完成一个光电化学反应循环。但是反应过程中，若电解质溶液中的I-在光阳极上被TiO2导带中的电子还原，则外电路中的电子将减少，这就是类似硅电池中的“暗电流”。整个反应过程可用如下表示: (l) 染料D受激发由基态跃迁到激发态D*： D + hv→ D* (2) 激发态染料分子将电子注入到半导体导带中：D*→ D+ + e- (3) I-还原氧化态染料分子：3I- + 2D+→ I3- + 2D (4) I3-扩散到对电极上得到电子使I-再生：I3- +2e- → 3I- (5) 氧化态染料与导带中的电子复合：D+ + e- → D (6) 半导体多孔膜中的电子与进入多孔膜中I3-复合：I3- +2e-→ 3I- 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。 光阳极 目前，DSSC常用的光阳极是纳米TiO2。TiO2是一种价格便宜，应用广泛，无污染，稳定且抗腐蚀性能良好的半导体材料。TiO2有锐钛矿型(Anatase)和金红石型(Rutile)两种不同晶型，其中锐钛矿型的TiO2带隙(3.2eV)略大于金红石型的能带隙(3.l eV)，且比表面积略大于金红石，对染料的吸附能力较好，因而光