关于染料敏化太阳能电池-一篇本科毕业论文
染料敏化太阳能电池的发展综述
染料敏化太阳能电池的发展综述染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cells，DSC）是一种新型的太阳能电池技术，于20世纪90年代初由瑞士杂交电车公司的Grätzel教授首次提出。
与传统的硅太阳能电池相比，DSC具有低成本、高转化效率和简单制备等优势。
其工作原理是通过将染料分子吸附在液态电解质和半导体电极之间的钙钛矿光敏剂上，实现对光的吸收和电子传输。
自问世至今，DSC在材料、结构和工艺等方面进行了不断的改进和创新，取得了巨大的进展。
在DSC的材料研究方面，钙钛矿材料是DSC中最重要的组成部分。
最早的染料敏化太阳能电池使用染料分子作为光敏剂，但其效率有限。
随着钙钛矿材料的问世，DSC的效率得到了显著提升。
最早的钙钛矿光敏剂是染料分子与三角锥晶格结构的二氧化钛表面有机酸形成络合物，后来发展出钙钛矿结构材料，如MAPbX3（MA代表甲胺离子，X代表卤素）和FAPbX3（FA代表氟化铵离子）等。
这些新型钙钛矿光敏剂具有更高的吸光度和更长的电子寿命，大大提升了DSC的光电转化效率。
除了钙钛矿材料的改进，DSC的结构和工艺也得到了不断的优化。
最早的DSC采用的是液态电解质，但其在长期稳定性方面存在问题。
为了克服这一问题，研究人员开发出了固态电解质和无电解质DSC，提高了DSC的长期稳定性。
此外，还有人将DSC与其他太阳能电池技术相结合，如有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，形成了复合结构，提高了光电转化效率。
随着科技的不断进步，DSC逐渐成为了实际应用的焦点。
许多公司和研究机构投入到DSC的产业化开发和商业化推广中。
目前已经有一些商业化的DSC产品面市，如太阳能充电器、建筑一体化太阳能材料等。
此外，DSC还具有一些独特的应用特点，如透明、可弯曲、柔性等，使其在可穿戴设备、汽车、船舶等领域具有广阔的应用前景。
综上所述，染料敏化太阳能电池的发展经历了多个方面的改进和创新。
在材料、结构和工艺等方面的不断优化，使得DSC的光电转化效率得到了显著提升。
有机、染料敏化、钙钛矿太阳能电池的异同点
有机、染料敏化、钙钛矿太阳能电池的异同点示例文章篇一：《有机、染料敏化、钙钛矿太阳能电池的异同点》我今天要和大家讲讲太阳能电池呢，有三种特别有趣的太阳能电池，就是有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。
先说说有机太阳能电池吧。
这有机太阳能电池啊，它的材料都是有机的，就像我们生活里那些有生命感觉的东西一样，不过不是真的有生命啦。
它的优点是可以做成柔性的，想象一下，就像我们的衣服一样，可以弯曲的电池，多酷啊！它的制作过程呢，就像是在做一个超级精细的小手工。
科学家们要把那些有机材料小心翼翼地组合在一起。
我就想啊，这是不是就像搭积木，一块一块地把这个电池搭起来呢？而且啊，有机材料来源可丰富了，感觉就像是在大自然里找宝藏，到处都有可能找到制作它的材料。
再看看染料敏化太阳能电池。
这名字里有个染料，那这个电池肯定和染料有关系。
它的工作原理有点像一个小画家在画画。
染料就像是颜料，把光能吸收了，然后把这个能量传递出去。
它的制作成本不算高呢，就像我们去市场买东西，有那种性价比很高的东西一样。
这个电池啊，对环境也比较友好。
我觉得这就像是一个环保小卫士，默默地在那里把光能转化成电能，还不怎么给环境添麻烦。
我有个小伙伴就问我：“那这个电池是不是就像我们画画用的调色盘，各种颜色的染料混在一起就有神奇的效果呢？”我觉得这个比喻还挺有趣的呢。
钙钛矿太阳能电池也很厉害。
它的名字里有个钙钛矿，其实它的晶体结构和钙钛矿有点像，不过不完全一样啦。
这个电池的效率提升得可快了，就像火箭发射一样，蹭蹭往上升。
它的吸光能力很强，就像一个超级大胃王，光能一过来就被它大口大口地吃进去了。
但是呢，它也有一些小问题，比如说稳定性可能还不是那么好，就像一个调皮的小孩，有时候不太听话，容易闹点小情绪。
不过科学家们都在努力解决这些问题呢。
那这三种电池有什么相同点呢？它们都是为了把光能变成电能的，就像三个小伙伴都朝着同一个目标前进。
它们都在环保能源的大家庭里，都是想要为我们的地球做贡献的。
染料敏化太阳能电池的性能和稳定性提升
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。
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。
而在电子设备领域中，染料敏化太阳能电池可以大大增加电子设备续航能力，使得电子设备具有更加灵活和无线的特点。
染料敏化太阳能电池的研究与应用
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%。
染料敏化太阳能电池的效率提升研究
染料敏化太阳能电池的效率提升研究太阳能是一种环保、可再生的能源，被广泛应用于建筑物能源供应和移动设备等领域。
染料敏化太阳能电池作为太阳能电池的一种重要类型，其高效率的研究与提升一直是研究者们的关注焦点。
本文将就染料敏化太阳能电池的效率提升进行研究，分析目前存在的挑战，并探讨可能的解决方案。
染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种基于半导体薄膜、光敏化剂和电解质溶液的太阳能电池。
其工作原理是通过染料吸收太阳光产生电子-空穴对，并将电子注入半导体导带，从而形成电流。
然而，目前DSSC的能量转换效率仍然相对较低，主要面临以下几个挑战。
首先，染料吸收太阳光的效率有限。
常见的染料敏化电池使用有机染料作为光敏化剂，但其吸收光谱范围较窄，限制了对太阳光的利用效率。
因此，研究人员提出使用无机钙钛矿材料作为光敏化剂，具有宽波长吸收和高光转换效率的特点，为提升DSSC效率提供了新的途径。
其次，电子传输和收集效率也是限制DSSC效率的因素之一。
传统DSSC中的电子传输路径包括染料、半导体等多个界面，电子传输路径长度较长，容易发生电子散射和损失。
因此，改进电子传输和收集路径，如优化电解质的组成和结构、引入电子传输助剂等，是提高DSSC效率的关键。
第三，电解质对DSSC效率的影响也不可忽视。
电解质在DSSC中起到电子传输和离子传输的作用，对光电转换效率有重要影响。
常见的有机溶剂基电解质由于高挥发性和稳定性较差，限制了太阳能电池的长期稳定性。
因此，研究人员提出使用无机电解质材料，如钙钛矿材料和聚合物电解质，提高DSSC的稳定性和效率。
在面临以上挑战的同时，研究人员也提出了多种解决方案，试图提高DSSC的效率。
首先，改进光敏化剂和染料的设计。
通过调整光敏化剂的结构和化学成分，提高其吸收光谱范围和光电转换效率。
例如，引入新型染料分子或设计出有机-无机杂化染料，可以有效提高DSSC的光电转换效率。
其次，优化电子传输和收集路径。
改进电解质组成和结构，引入电子传输助剂等，减小电子传输路径长度和损失，提高电子传输效率和电荷收集效率。
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现状随着环境保护意识的增强和化石能源日益短缺，太阳能作为可再生、清洁的能源资源备受重视。
太阳能电池是太阳能应用的重要形式之一，其中染料敏化太阳能电池被认为是第三代太阳能电池的重要组成部分。
本文将对染料敏化太阳能电池的研究现状进行探讨，以期加深对这一领域的了解。
一、染料敏化太阳能电池的概念和原理染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种基于液态电解质中的染料分子吸收太阳光子形成电荷对，经过染料敏化的半导体电极和电解质之间的电子传递和离子传输，最终在另一个半导体电极上得到电流输出的太阳能电池。
DSSC的主要部件包括有机染料、TiO2半导体电极、电解质和另一半导体电极。
有机染料稳定、可选性强、成本低廉，具有较高的光吸收率和光电转换效率，是DSSC的重要组成部分。
TiO2半导体电极结构独特，可以增强染料分子的光吸收效果和电子传输效率。
电解质主要负责在DSSC中充当电子和离子传输载体。
另一个半导体电极通过形成电荷输运通道将电子传递到外部电路中，产生电能输出。
二、DSSC的研究发展现状DSSC在被提出后，一系列的研究就开始展开。
迄今为止，DSSC的研究只能算是处于萌芽状态，离实用化还有较大的距离。
1. 染料分子的研究染料分子在DSSC中起到了至关重要的作用。
研究人员不断尝试优化染料分子的结构和性能，增强其在DSSC中的光吸收效果和光电转换效率。
同时，对于染料分子的稳定性、耐光性、光伏效率等性能也进行了深入探究。
2. TiO2半导体电极的研究作为DSSC中的关键组成部分之一，TiO2半导体电极也受到了广泛的研究。
研究者通过改变TiO2电极的结构、粒径、形貌和掺杂等手段，提高其在DSSC中的性能表现。
值得一提的是，许多研究也关注了TiO2电极与染料分子之间的相互作用，研究TiO2电极表面的结构和染料分子的吸附、还原和电子转移等过程。
3. 电解质的研究电解质在DSSC中具有极其重要的作用。
它不仅介导染料分子和TiO2电极之间的电子和离子传输，还直接影响着DSSC的性能表现。
染料敏化太阳能电池的研究与开发
染料敏化太阳能电池的研究与开发染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池，可以将光能转化为电能。
与传统的硅太阳能电池相比，DSSC具有价格低廉、透明、柔性等优点，因此被认为是未来太阳能电池技术的重要方向之一。
本文将对DSSC的研究与开发进行探讨。
一、DSSC的工作原理DSSC的工作原理是基于光致电子转移的原理。
太阳能进入DSSC后，激发染料分子中的电子，使其从基态跃迁到激发态。
激发态的染料分子与电解质中的I3-发生还原反应，将电子转移到电解质中的I3-，将其还原为I2。
此时，I3-作为氧化剂转移到另一半电池中，经过导电玻璃电极、负载、阳极、回到阳极电解质。
整个过程中，光能转化为电能，实现了能量转换。
二、DSSC的研究与发展DSSC的研究开发始于20世纪80年代。
最早的DSSC采用了钛酸酯作为电极材料，但是这种材料的光吸收能力较弱，限制了DSSC的光电转换效率。
随后，科学家们开始尝试采用有机染料提高DSSC的光电转换效率。
1991年，O'Regan等首次报道了采用有机染料的DSSC，并取得了 7.1% 的能量转换效率，这相当于当时硅太阳能电池的效率。
随后的几十年中，DSSC技术得到了不断的发展和改进。
有机染料的改进、纳米材料的运用、电解质的优化等方面都为DSSC的性能提升做出了重要贡献。
例如，2003年，格劳希尔等人报道了采用钙钛矿材料作为DSSC的电极材料，取得了10.2%的能量转换效率，这一成果标志着DSSC已经突破了10%的效率大关，开始展现出商业应用的前景。
三、DSSC的应用前景DSSC以其价格低廉、透明、柔性等优点，已经吸引了大量的商业投资。
目前，DSSC在以下领域具有较好的应用前景。
1.建筑领域DSSC可以被制成透明、颜色可变的玻璃材料，可以用于建筑领域的玻璃幕墙、屋顶瓦片等。
将DSSC应用于建筑中，不仅可以节省建筑的能源，还可以给建筑增添美观的色彩。
2.户外用品DSSC可以制成柔性、轻便的电源设备，用于户外用品如帐篷、背包等的电力供应，不用担心电量不足的问题。
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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。