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
2.2染料敏化太阳能电池研究现状
2.2.3电解质的研究现状 作用：将电子传输给光氧化染料分子，并将空穴传给对电极。 研究方向：传统的有机溶剂液态电解质易挥发。 近年来发展起来离子液态电解质，仍然存在着诸 如封装困难，易泄露等问题。 目前：人们已经逐渐开始关注固态和准固态电解质, 并取得 了一定的进展。高分子聚合物作为固态或准固态电解质是 主要的研究方向之一。
人工制造的“树叶”
2.2染料敏化太阳能电池研究现状
2.2.1纳米多孔半导体薄膜 特性： (1)高比表面积的多孔膜 (2)半导体膜的表面粗糙度适宜 (3)膜厚度适宜 研究表明，纳米多孔半导体薄膜中材料一般是TiO2
目前 纳米TiO2多孔薄膜进行改良，不少学者利用纳米 管等结构来改善TiO2多孔薄膜
2.2染料敏化太阳能电池研究现状
2.3染料敏化太阳能电池测试方法
交流阻抗测试原理 交流阻抗谱(EIS)方法是一 种以小振幅的正弦波电位或电 流为扰动信号，在不同频率下， 测量物质或系统的电响应的电 化学测量方法。将测量结果画 成一系列谱图，这一系列谱图 就称为交流阻抗谱。
展望
结 束
希望各位提出宝贵意见 谢 谢！
材料组成
2.1染料敏化太阳能电池原理
结构组成：
透明导电膜的导电基片、 多孔纳米晶二氧化钛薄 膜、染料光敏化剂、 电解质溶液及透明对电 极等几部分构成。
图1-1 染料敏化太阳能电池的组成示意图
2.1染料敏化太阳能电池原理
基本原理
1.D + hv D’ 2.D’ D+ + e导带( 二氧化钛) 3.2D+ + 3I2D + I34. I3-+ e3I其中： D为基态染料分子， D’为激发态染 料分子，D+ 为氧化态染料分子 电池光电极的制备
钛源修饰P25浆料用于染料敏化太阳能电池
道， 对 电池 的性 能有 着 至 关 重要 的影 响． 为 了 获 得
更有 效 的方 法． 瑞 士洛桑联邦高等技术学 院（ Ｅ Ｐ —
Ｆ Ｉ ） Ｍ ．Ｇｒ ｔ ｉ ｔ ｚ ｅ ｌ 教 授 领 导 的 研 究 小 组 自上 个 世 纪
复 合．
极． 它将 吸 附有染 料 Ｔｉ Ｏ 半导 体 纳 米 薄膜 作 为 电
为 了提 高 Ｔ ｉ Ｏ 纳米 薄 膜 中 电子 的 传输 效 率 ，
池 的光 电极 ， 表 面镀有 铂 的导 电玻璃作 为 电池 的对
电极 ， 并 在 光 电极 与 对 电极 之 间 加 入 氧 化 一 还 原 电
化 还原 反应 回到 基态 ， 而 Ｔ ｉ Ｏ 中的 电子 通 过 外 电
路 流 向对 电极 ， 电解 质 中 的氧化 剂 扩 散 到对 电极 ，
在 对 电极处 得到 电子 被还原 ． 然 而并不 是所有 光 电 子 都能够 通 过 Ｔｉ Ｏ 半 导 体 流 到 外 电 路 形 成 光 电 流， 在 Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ中电子 损 失 主要 是 来 自于 Ｔｉ Ｏ 导带 中的 电子 和 电 解 质 中 氧 化 态 物 质 （ Ｉ ） 的复合 ， 其
个部 分 组 成 ： 光 电极 、 染料敏化剂 、 电 解 质 和 对 电
性 能优 异 的 Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ， 光 电极 必 需具 有 足够 大 的 比表 面 面积 ， 以尽 可能 多 的 吸 附染 料 ， 增 加 对 光 子 的捕 获率； 还 要有 良好 的 电子 传输 能 力 ， 以减 少 电 子在 多 孔膜 传 输 过 程 中 和 电解 质 氧 化 态 物 质 （ Ｉ ） 的
染料敏化太阳能电池的设计与制备
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。
提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的一种新方法
0 引言
近年来，随着能源需求的急剧增加以及环保，节能意识的增强，太阳能电池的研究越来越受到人们的重视，1991年，M.Gaztel[1]教授采用染料敏化的纳米多孔TiO2薄膜制成太阳能电池的效率达到7.1%[2],自从这项科研成果报道以来，世界各国科学家对其进行了广泛的研究.染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其低成本,易组装和较高的光电转换效率等特点，有望成为传统硅太阳能电池的一种廉价替代品.DSSC通常由夹在两电极间的染料敏化纳米TiO2多孔薄膜，电解质溶液和含铂的对电极组成. 光照条件下染料分子被激发，激发态的染料分子将电子快速注入TiO2导带,该电子注入过程通常发生在亚皮秒到皮秒级,且效率接近100%[3-4].目前,提高染料敏化太阳能电池(DSSC)光电转换的方法很多，例如修饰光阳极(TiO2电极)，用其它的材料来替代二氧化钛，合成新的染料，或者在电解质溶液中加添加剂等,虽然使染料敏化太阳能电池(DSSC)的效率得到了提高，但是也大大增加了电池的成本,并且许多染料和电解液添加剂具有毒性，会造成环境污染.
目前, 染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电转换效率已经达到了11%[5], 但是纳米TiO2电极还是存在一定的问题，由于禁带宽度较大(锐钛矿的禁带宽度为3.2eV),只能吸收一定的紫外区域的光，导致其对太阳能的利用效率较低，而我们通过在对电极后面加一个反射镜，改变太阳光的传播路径，使从对电极折射出来的光重新被反射镜反射到染料敏化太阳能电池(DSSC)中，增加电池对光的吸收，从而提高了电池的光电转换效率，这种方法简单，且对环境无影响.
染料敏化太阳能电池毕业设计
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
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]。
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山东省自然科学基金资助项目
结题报告
项目负责人(签字): 郭文跃
项目编号: ZR2011EMZ002
项目名称: 染料敏化太阳能电池关键材料的设计所在单位: 中国石油大学（华东）
研究工作完成时间: 2014年10月
山东省自然科学基金委员会办公室
二○一四年制
一、开展的主要研究工作
二、取得的主要成绩
三、标志性科研成果
（列举能够体现本项目研究工作与水平的标志性成果1-2项，并另附标志性成果影印件；所列论文、专著等须已公开发表且标注本基金项目资助）。
标志性成果清单
类型是指：论文、专著、发明专利等
附：
四、人才培养情况
注：请在备注一栏里标注项目结题时参与课题的博士生、硕士生“毕业”或“在读”情况
五、项目延期结题原因
六、国内外相关研究工作的进展及后续工作的设想
主 要 研 究 人 员 名 单
注：研究人员排名，按研究人员在研究过程中的贡献大小依次排列。
山东省自然科学基金资助项目财务决算表
说明：1、除本项目拨款外，其他投入均视为为自筹经费。
2、单价万元以上的仪器设备逐项填报名称、型号、规格及制造单位。
3、务必加盖单位公章，无公章无效。
项目负责人：财务负责人：审计负责人：
（签章）（签章）（签章）年月日年月日年月日。