染料光敏太阳能电池制作实验
染料敏化太阳能电池
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实验报告（共9篇）
染料敏化太阳能电池实验报告（共9篇）染料敏化太阳能电池实验报告(共9篇) 染料敏化太阳能电池实验天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试姓名：蓝永琛班级：新能源材料与器件学号：20112500041一、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。
二、实验原理略三、仪器与试剂一、仪器设备可控强度调光仪、紫外-可见分光光度计、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、去离子水四、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60-70oC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450oC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。
染料敏化太阳能电池介绍
Curve3
焙 烧 曲 线
采用梯度升温的方式 后，衍射峰的强度进 一步增强。利用焙烧 曲线3，可以得到结晶 性能比较理想的TiO2 颗粒。
曲线1-3 X射线衍射图谱
焙烧工艺对薄膜形貌的影响
A B
C
D
方式1和方式2得到断 面都比较平整，厚度几 乎相同，方式1得到的 薄膜稍厚（约厚0.5um） 方式2得到的晶粒尺寸 与孔洞稍大。
光敏材料（N719）
Pt 对电极
DSSC的工作原理
1、S + hv → S* (S 为染料基态，S* 为
染料激发态)
2、S* → S+(氧化态dye)+e- (进入TiO2 导带)
3、 2S+ + 3I- → 2S + I3- （染料的再生）
4、I3- + 2 e- →3I- （电解质的还原，在
I–V曲线
光电流工作谱可以很好的反应DSSC对某一单色光的转化效率，却很难反应出DSSC 在太阳光照射下的真实的工作状态，而I-V曲线则可直观的反映DSSC在太阳光下性能 从I-V曲线中可以得到以下参数：Isc,Voc，填充因子（fill factor; FF）,光能-电能转化效 率（）
填充因子： FF
填充因子 FF( %) 0.6194841 0.63874583 7 0.56558895 4 0.55509102 1 0.59422321 1 0.60157108 7 0.56196106 9
效率 η ( %) 4.1955
2.5%
9.84
4.8702
5% 7.5% 10%
16.26 21.14 16.38
温度对TiO2结晶性能的影响
太阳能电池染料敏化剂的发展及实验研究
太阳能电池染料敏化剂的发展及实验研究太阳能电池顾名思义就是利用太阳能转化为电能的设备。
在太阳光线照射下，太阳能电池可以转化为电子能，然后通过电化学反应产生电流，这样就可以为我们提供电力。
目前，太阳能电池的种类很多，其中比较常见的就是硅基太阳能电池和薄膜太阳能电池。
不过近年来，伴随着科技的不断发展，人们越来越关注新型太阳能电池，其中最受关注的就是染料敏化太阳能电池。
染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型的太阳能电池，它的最大特点就是采用了染料敏化剂来吸收太阳能光谱范围内的光在光敏电极中产生电子和空穴，然后通过电解液将电子和空穴输送到另一个电极，产生电流。
由于其具有相对低的成本和易于制备，因此受到了广泛的关注。
染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的关键部分，其在太阳能电池中起到了吸收太阳光的作用。
目前，染料敏化剂种类也非常多，涵盖了各种化学结构，例如自然染料，卟啉染料和吲哚菁染料等。
随着科技的发展，越来越多的研究人员开始研究新型染料敏化剂，以期望在太阳能电池中获得更高的转化效率。
这些新型染料敏化剂不仅可以提高电池的光电转化效率，还可以提高电池的稳定性和寿命。
其中，卟啉和杂环染料是目前研究较为热门的方向。
此外，还有一些研究致力于改进传统染料敏化剂。
比如，通过改进染料分子的组装方式和电荷转移过程，成功提高了太阳能电池的效率。
此外，针对传统染料敏化剂使用中的问题，如稳定性差、光腐蚀等问题，研究人员也开发了各种措施来克服这些问题。
为了探究这些新型染料敏化剂的性质和敏化机理，许多实验室展开了大量的实验研究。
例如，染料敏化太阳能电池的结构和制备方法可以通过各种表征方法得到深入了解，例如原子力显微镜、透射电镜、紫外可见光谱法等。
同时，也可以通过稳态和非稳态光电化学测量方法得到太阳能电池的效率和其他性质信息。
综上所述，染料敏化太阳能电池对于太阳能电池的推广有着重要的意义。
虽然目前染料敏化太阳能电池的效率仍需提高，但是随着科技的进步和实验研究的不断深入，相信染料敏化太阳能电池的应用前景将会越来越广泛。
染料敏化太阳能电池的制备与性能研究
染料敏化太阳能电池的制备与性能研究染料敏化太阳能电池是一种基于化学敏化的电池，其具有高效能转化、成本低廉、可替代性强等优点，因此在可再生能源领域得到了广泛的研究和开发。
本文将探讨染料敏化太阳能电池的制备方法和性能研究进展。
一、制备方法1. 染料敏化太阳能电池的结构染料敏化太阳能电池的结构一般由透明导电玻璃、导电层、染料敏化剂、电解质和另一导电层组成。
其中，透明导电玻璃为基底，一般采用氧化锡和氧化铟的混合物或者氧化铟锡(ITO)玻璃；导电层常用的是纳米二氧化钛(TiO2)薄膜，其表面积大、光学性能优良、稳定性好且易于制备；染料敏化剂则为光敏染料，其一般通过分子修饰的方法实现电子吸附和光吸收；电解质则为一个带正电荷的离子流体，可以传递电子和离子，促进了染料敏化太阳能电池中的光电转换；另一导电层则为电子传输介质，可以减少电池的电阻，常用的是铂。
2. 制备过程染料敏化太阳能电池的制备过程一般包括化学浴沉积法、物理气相沉积法、喷墨印刷法等方法。
其中，化学浴沉积法是最为常用的方法，其制备步骤包括：先采用ITo材料进行导电玻璃的制备；接着，利用溶胶凝胶法合成纳米二氧化钛材料；然后通过电化学沉积法将染料敏化剂吸附于二氧化钛薄膜表面；最后，将电解质液体倒入腔体，再覆盖另一块玻璃，用硅胶密封电极即可制备完成。
二、性能研究1. 能量转换效率染料敏化太阳能电池的性能主要表现在能量转换效率上。
目前，众多研究成果表明，采用溶胶凝胶法合成的纳米二氧化钛材料和三层TiO2结构的电极具有较高的能量转换效率。
2. 光电流密度另外，染料敏化太阳能电池的光电流密度也是其性能衡量指标之一。
利用优化的TiO2薄膜、合适的染料敏化剂和电解质，可使得光电转换效率达到较高的值。
3. 稳定性染料敏化太阳能电池的稳定性也是制约其应用的原因之一。
近年来，研究者通过降低电解质质量、用纳米二氧化钛或无机金属离子替代有机电解质等方法，提高了染料敏化太阳能电池的稳定性。
染料光敏太阳能电池制作实验
5
1.材料准备
TiO2+稀硝酸 充分混合
6
2.测FTO导电面
7
3.固定FTO
用塑料胶带固定玻璃三边，中间留空
8
4.涂浆料
涂浆料之前先清洁ITO表面 尽量涂抹均匀
9
5.高温煅烧
煅烧之前
煅烧之后
10
6.电极涂碳
利用蜡烛在另外一块FTO表面熏烤一层石墨， 确保是在导电一面
11
7.组装电池
将正极负极相对（石墨层与二氧化钛层接触），并且两 片玻璃略微错开，作为电极连接点。
1
• 三大组成：TiO2基半导体介孔膜，光敏染料 液态、准固态、固态电解质
2
二、制造流程
3
三、主要实验步骤
4
材料： a.导电玻璃：具有高透过率、导电率，如ITO等。 b.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。 e.电解液：（0.5M KI/0.05M I2的无水乙二醇溶液）。
12
8.添加电解液
玻璃另两边末端用两个燕尾夹夹紧固定，然后从接缝处 滴入少量电解液
13
9.电池测试
连接电极连接点与测试设备，直接测量电压数据。比较 不同光照、光照距离等条件下太阳能电池的效能。
14
思考：
决定DSSC性能的主要因素有哪些？
15
《新能源与分布式发电》Biblioteka 染料敏化太阳能电池制作实验
周峻 2015年3月31日
主要内容
一、DSSC工作原理及结构 二、 DSSC制造流程 三、DSSC主要制备流程
一、工作原理
工作原理
研究进展
染敏太阳能电池的制作
染敏太陽能電池的製作99.09.15更新一、實驗目的1.了解太陽能電池的基本原理。
2.學習塗佈(coating)及組裝(assembling)太陽能電池。
3.研究影響效率的因素。
二、實驗原理染料敏化太陽能電池的基本結構包含透明導電氧化物(transparent conducting oxide,TCO)工作電極(working electrode)、多孔性奈米TiO2半導體薄膜、光敏染料(photosensitizer)、電解質(electrolyte)以及鉑對電極(Pt-counter electrode)等部分。
工作原理分別為染料分子(dye)吸收光能後，染料上的電子由基態躍升至激發態(○1)；由於染料分子與無機半導體(TiO2)以化學鍵結合，在染料激發態的電子將迅速注入緊鄰氧化物半導體層之導帶，而形成氧化鈦的染料正離子(cation)(○2)；導帶電子在傳遞至透明導電玻璃電極之後對外部電路的負載作功(○3)；失去電子的染料正離子則可從電解液中之氧化反應獲得電子而還原回基態(○4)；作為電洞傳媒(hole-transport material，HTM)的電解質在獲得電子的對電極表面藉由鉑的催化進行還原反應(○5)。
○1Photoexcitation, Dye + hv → Dye*：此步驟非常的快速，約小於10-15S的時間染料分子便可在吸收光能後被激發至激發態而形成電子-電洞對。
○2Electron injection, Dye* → Dye+ + e-：被激發的電子必須快速地轉移到多孔性TiO2薄膜所形成的半導體層中。
此步驟發生於氧化物半導體與染料的界面，激發態電子住束TiO2的速度取決於染料與半導體導帶的能階是否匹配、染料與TiO2的鍵結強度以及染料分子間的能量轉移。
○3Electron diffusion：進入彈導體層的電子在半導體粒子間擴散至透明導電玻璃基材上，在傳致外電路。
○4Dye regeneration, 2 Dye+ + 3I-→ 2Dye + I3-：氧化態的染料離子被電解液中的氧化還原對(I-/I3-)還原至基態。
V掺杂SnO2染料敏化太阳能电池性能探究
V掺杂SnO2染料敏化太阳能电池性能探究1. 引言1.1 背景介绍太阳能作为清洁可再生能源的重要形式，受到了广泛的关注。
染料敏化太阳能电池因其简单制备工艺、高效能转换和低成本而备受研究者青睐。
目前染料敏化太阳能电池在光电转换效率、稳定性和成本方面仍面临着挑战。
本研究旨在探究V掺杂SnO2材料在染料敏化太阳能电池中的应用，并通过性能测试和结果分析来评估其在提高光电转换效率和稳定性方面的作用。
本研究对于推动染料敏化太阳能电池的发展，提高清洁能源利用效率具有一定的意义和价值。
1.2 研究目的研究目的是通过V掺杂SnO2材料制备染料敏化太阳能电池，探究其性能特点和优势。
具体目的包括：1.研究V掺杂SnO2材料的制备方法，优化制备工艺，提高材料的光电转换效率。
2.深入了解染料敏化太阳能电池的工作原理，探讨V掺杂SnO2材料在电池中的作用机制。
3.通过对V掺杂SnO2染料敏化太阳能电池的性能测试，分析其光电性能、稳定性和耐用性等指标。
4.对实验结果进行详尽的分析和讨论，探讨V掺杂SnO2材料在染料敏化太阳能电池中的潜在应用前景和价值。
本研究旨在为提高染料敏化太阳能电池的性能和推动新型光电材料的发展提供理论和实验依据，具有一定的理论和实践意义。
1.3 研究意义V掺杂SnO2染料敏化太阳能电池是近年来备受关注的研究领域。
其性能的优劣直接影响着太阳能电池的效率和稳定性。
通过对V掺杂SnO2染料敏化太阳能电池性能的探究，可以为提高太阳能电池的光电转换效率、延长电池的使用寿命提供重要参考。
研究V掺杂SnO2染料敏化太阳能电池的性能，也有助于深入理解染料敏化太阳能电池的工作原理，为构建更高效的太阳能电池系统奠定基础。
本研究具有重要的理论和实际意义，对推动太阳能电池领域的发展具有积极的推动作用。
2. 正文2.1 V掺杂SnO2材料的制备方法V掺杂SnO2材料的制备方法是一项关键的步骤，直接影响着染料敏化太阳能电池的性能。
无机化学设计实验染料敏化太阳能电池
还原。 这样，电池正极负极之间产生电势差，外电路中产生电流。 反应方程式：I-+Dye+→I2+Dye I2+2e-→2I电池各组分： 1、 染料光敏化剂：染料光敏化剂（Dye）可以吸收光子被激发至激发态（Dye*），电子跃
【实验流程】
原理：
电池结构 ：导电玻璃——TiO2薄膜——染料光敏化剂——电解质溶液——炭黑——导电玻璃 电池原理
1
2012 级无机化学研究性实验
1、 负极：光子将染料光敏化剂激发至激发态，释放自由电子。TiO2也在光的激发下成为半 导体，形成空穴。TiO2空穴接受染料光敏化剂的电子，电子也随即传导至导电玻璃上。
2
2012 级无机化学研究性实验
鲜膜密封，一周后重新研磨，至最佳状态。 (2)取FTO玻璃，先用万用表测出其导电面，有示数的为导电面，用洗洁精清洗三遍然后用 无水乙醇洗掉ITO玻璃上面的水。将洗净晾干的导电玻璃导电面向上放在试验台上，使用两 层透明胶带固定住其四边其中3边约盖住1—2mm宽，而第四边约盖4—5mm宽（一般留比较窄 的那一面，有利于增大受光面积)胶带的大部分与桌面相粘，有利于保护玻璃不动，这样形 成一个约40—50μ m 深的沟，用于涂敷二氧化钛。在上面几滴TiO2溶液，先点在一侧，然后 用玻璃棒徐徐地滚动，（一次涂成效果也很好）使其涂敷均匀，尽量没有刮痕。其中四片涂 抹自己制备的TiO2，另一片涂抹涂抹买来的商业纳米TiO2。在制作的五组电池中，工业浆料 和一片自己的浆料使用玫瑰茄，另外三片使用另外三种染料，涂膜完成后，使二氧化钛膜自 然晾干，揭去透明胶带。将二氧化钛薄膜转入马弗炉中在450℃下烧结5小时，控制温度先慢 慢上升至400℃到450℃。C ,使其烧结至棕色，在慢慢冷却至室温回复至白色。在实验过程 中，二氧化钛薄膜烧结好后放置了6天，因此在进行染料吸附之前又烧制了一小时进行活化。 3.对电极的制备
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。
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• 三大组成：TiO2基半导体介孔膜，光敏染料 液态、准固态、固态电解质
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二、制造流程
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三、主要实验步骤
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材料： a.导电玻璃：具有高透过率、导电率，如ITO等。 b.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。 e.电解液：（0.5M KI/0.05M I2的无水乙二醇溶液）。
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8.添加电解液
玻璃另两边末端用两个燕尾夹夹紧固定，然后从接缝处 滴入少量电解液
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9.电池测试
连接电极连接点与测试设备，直接测量电压数据。比较 不同光照、光照距离等条件下太阳能电池的效能。
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思考：
决定DSSC性能的主要因素有哪些？
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1.材料准备
TiO2+稀硝酸 充分混合
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2.测FTO导电面
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3.固定FTO
用塑料胶带固定玻璃三边，中间留空
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4.涂浆料
涂浆料之前先清洁ITO表面 尽量涂抹均匀
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5.高温煅烧
煅烧之前
煅烧之后
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6.电极涂碳
利用蜡烛在另外一块FTO表面熏烤一层石墨极相对（石墨层与二氧化钛层接触），并且两 片玻璃略微错开，作为电极连接点。
《新能源与分布式发电》
染料敏化太阳能电池制作实验
周峻 2015年3月31日
主要内容
一、DSSC工作原理及结构 二、 DSSC制造流程 三、DSSC主要制备流程
一、工作原理
工作原理
研究进展
1991年，瑞士Grä tzel M. 以较低的成本 得到了>7%的光电转化效率。 1998年，采用固体有机空穴传输材料的 全固态DSSCs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。 目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定 在10％以上，寿命能达 15～20年，且其 制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10。