染料敏化太阳能电池关键材料的制备与表征
教你制作染料敏化太阳电池
第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色
在新鲜的或冰冻的黑莓、山莓和石榴籽上滴 3—4滴水,再进行挤压、过滤,即可得到我们所需 要的初始染料溶液；也可以把TiO2 膜直接放在已 滴过水并挤压过的浆果上,或在室温下把TiO2膜浸 泡在红茶<木槿属植物> 溶液中.有些水果和叶子 也可以用于着色.如果着色后的电极不立即用,必 须把它存放在丙酮和脱植基的叶绿素混合溶液中.
二 氧 化 钛 薄 膜 着 色
第三步：制作反电极
电池既需要光阳极,又要一个对电极才能工作.对电极 又叫反电极. 取与正电极相同大小的导电玻璃,利用万用表 判断玻璃的导电面〔利用手指也可以作出判断,导电面较 为粗糙〕.把非导电面标上‘+’,然后石墨棒或软铅笔在整 个反电极的导电面上涂上一层碳膜.这层碳膜主要对I-和 I3-起催化剂的作用.整个面无需掩盖和贴胶带.因而整个面 都可以涂上一层催化剂.可以通过把碳膜在450℃下烧结几 分钟来延长电极的使用寿命.电极必须用乙醇清洗,并烘干. 也可以利用化学方法沉积一层通明的、致密的铂层来代替 碳层作为反电极.
反 电 极 制备
第四步：组装电池
小心地把着色后的电极从溶液中取出,并用水 清洗.烘干之前再用乙醇或异丙醇清洗一下,以确保 将着色后的多孔TiO2膜中的水份除去.把烘干后的 电极的着色膜面朝上放在桌上,再把涂有催化剂的 反电极放在上面,把两片玻璃稍微错开,以便于利用 未涂有TiO2的电极部分和反电极作为电池的测试用.
电 池 的 封 装
第五步：注入电解质
用两个夹子把电池夹住,再滴入两滴含碘和 碘离子的电解质溶液,由于毛细管原理,电解质 很快在两个电极间均匀扩散.
电 解 质 的 注 入
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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。
染料敏化太阳能电池光阳极制备及其应用
行高 温处 理 ，恒温 ３ｍｉ，即得 Ｐ 对 电极 。 ０ ｎ ｔ
中图分类号 ：Ｔ １ Ｑ６ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —５ ２ ０ ９ ６ ４一（０ １ ６ ０ ６ ５ ２ １ ）０ —０ １ —０
１ 引言
染 料敏 化 太 阳 电池 （ ｙ —ｅ ｓ ｉ ｄ ｓ ｌｒｃｌ， ｄ ｅｓｎ ｉｚ ｏａ ｅｌ ｔｅ
多孔 纳 米 二 氧 化钛 薄 膜 光 阳极 、电解 质 溶 液 （ ／ ｒ Ｉ） 。 、镀 铂 对 电极 组 成 。 当 太 阳 光 照 射 到 电池 上 一 时 ，染 料分子 吸 收 光 能 被 激 发 ，激 发 态 电子 不 稳 定 ，快 速注入 到 Ｔｉ 导带 ，再 通 过 多孑 的二 氧 化 Ｏ Ｌ
涂布 法在 Ｆ Ｏ导 电玻璃衬底上制备 了光 阳极 ，并用其组装成染料敏化太 阳能 电池。经过优 化二氧化钛 和粘结剂 Ｔ
的比例 ，得 到平整 、致 密、均匀 的二氧 化钛 薄膜 。对二氧 化钛 薄膜 进行 Ｆ Ｒ、Ｓ Ｍ 和光 学显微 镜表 征，并对 ＴＩ Ｅ 组装 电池进行光 电性能测试 ，研 究了二氧化钛浆 料不 同制备 条件 对太 阳能 电池性 能 的影响。结果表 明，二氧化
钛粉末和粘结剂质量 比为 ４： ３时，制备 的二氧化钛浆料稳定性高 ；涂布 厚度为 ２ ｕ 时，电池 性能较好。组装 ０ｍ
的染料敏化太 阳能电池在 １０证Ｗ／ｎ２ ０ ｃ１ 模拟太 阳光照下，光 电转换效率达到 ２ ５ 。 ．１
关键词 ：二氧化钛 薄膜 ；粘结剂 ；染料敏化太 阳能电池 ；光 电性能
效率 ，需有平整且 与导 电基材 附着性 良好 的光 阳
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。
制备染料敏化太阳能电池关键技术攸关因素
制备染料敏化太阳能电池关键技术攸关因素染料敏化太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术，具有高效、低成本、可制备性强等优点，已经引起了广泛的关注和研究。
然而，要实现这种电池的商业化应用，还需要解决一些关键技术问题。
本文将围绕制备染料敏化太阳能电池的关键技术，介绍其主要的技术攸关因素。
首先，染料敏化太阳能电池的染料选择是一个关键因素。
染料是将光能转化为电能的关键介质，其特性直接影响电池的光电转换效率。
染料需要具备高吸收光谱的特性，能够有效地吸收太阳光谱中的大部分光能。
同时，染料的种类也需要考虑到其稳定性和寿命，以及价格和可制备性方面的因素。
因此，在染料的选择上，需要综合考虑多个方面的因素，找到最适合的染料材料。
其次，染料敏化太阳能电池的电解液也是一个重要的技术攸关因素。
电解液起着电子传输和离子传输的作用，直接影响电池的性能。
传统的电解液通常采用有机溶剂，但其在高温和阳光照射下容易蒸发和分解，造成电池寿命的降低。
因此，研究人员正在探索新型的电解液，如离子液体和固态电解质，以提高电池的稳定性和寿命。
第三，染料敏化太阳能电池的电极材料也是一个关键因素。
电极是光电流转化的关键部分，需要具备优异的导电性和光电转化效率。
传统的电极材料通常采用二氧化钛（TiO2），但其电子传输速度较慢，限制了电池的光电转换效率。
因此，研究人员正在寻找其他具有更好电子传输性能的材料，如钙钛矿材料和有机导电聚合物。
同时，通过表面改性和结构调控，还可以进一步提高电极的性能。
此外，染料敏化太阳能电池的封装和稳定性也是关键技术。
电池的封装需要保证其在不同的环境下具有良好的稳定性和长期使用性能。
传统的封装材料通常采用有机聚合物，但其稳定性较差。
因此，需要寻找新型的封装材料，如无机材料和高分子复合材料，以提高电池的稳定性和抗衰减能力。
最后，制备染料敏化太阳能电池的制备工艺也是一个值得关注的技术因素。
目前，常见的制备方法包括溶剂浸渍法、层状组装法和涂布法等。
染料敏化太阳能电池
华南师范大学实验报告学生姓名:蓝中舜学号：20120010027专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源课程名称：化学电源实验实验项目：染料敏化太阳能电池实验类型：验证设计综合实验时间：2014年6月5日-9日实验指导老师：孙艳辉组员：吕俊郭金海余启鹏一、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: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。
染料敏化太阳能电池的制备及结构优化
染料敏化太阳能电池的制备及结构优化染料敏化太阳能电池，听起来是不是有点儿高大上？别担心，我给你说说这玩意儿是怎么回事，轻松又有趣。
太阳能电池嘛，不用多解释吧，大家都知道就是用太阳光转化成电能的神器。
而染料敏化太阳能电池就更神奇了，它跟普通的太阳能电池不太一样。
它借助了“染料”这种东西来提升效率，说白了，它的工作原理就是让太阳光通过一种特殊的染料，刺激电池中的电子产生电流，从而转化成电能。
你是不是觉得挺有趣的？就像是给太阳能电池打了个“兴奋剂”，让它工作更高效了。
不过，要想让这类太阳能电池发挥最大效能，可不是那么简单的事儿。
这里面有很多细节，得一层一层去优化和调整。
咱们今天就来聊聊染料敏化太阳能电池的制备过程，顺便看看有哪些地方可以优化。
首先要说的是染料的选择，嗯，这个事儿就像是选食材一样，选对了，效果立竿见影，选错了，结果可能就不太好。
我们通常会选择一些有机染料，它们能够吸收太阳光中的紫外线和可见光，然后通过电池的内部结构传递到电极上去。
不过，选错了染料就可能导致吸光效率低，甚至没啥效果。
想象一下，如果你用了个染料，它根本就不吸光，那电池的表现还能好吗？接下来说说电池的结构设计。
说到这里，你可以想象一下，染料敏化太阳能电池就像一个有很多零部件的机器，每个部件都很重要。
如果哪个环节做不好，整台机器就有可能跑不动。
所以，电池的电极材料、孔隙结构，还有电解质等，都得好好设计。
你想啊，如果电极设计得不够好，电流就可能传递不顺畅，电池的效率就低了。
电池内部的孔隙结构也得安排得巧妙，不然光线进不去，染料就没法发挥作用了。
说白了，就是每个小细节都得精心雕琢，不能马虎。
而你可能觉得这些技术性的东西挺难懂的，其实呢，说白了，就是要找到一种既能有效吸收太阳光，又能让电流顺畅流动的设计。
就好像做饭一样，火候掌握得好，菜做出来就香；如果火候不对，可能就糊锅了。
那电池也是，结构不对，效果就打折扣。
除了这些，还得考虑到染料的稳定性。
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
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。
染料敏化太阳能电池的制备和性能
］ ４ ５ － ： 的方程表示 ［
也会造成光电流的损失 ． 因此要提高光电流 ， 必须尽可
５］ ） ） 和（ 的反应 ［ 能地抑制 （ ３ ６ ．
及掀起了全球研究 Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ 的热潮
［ ］ １ ３ －
本文通过在光阳极导电玻璃基底上先用 Ｔ ｉ Ｃ ｌ ４ 溶 液加上一层阻挡层薄 膜 ， 以阻止进入光阳极导电玻璃
－ 池的光电流 ； 提供 ４）氧 化 态 的 染 料 分 子 通 过 接 受 Ｉ － 在镀铂的对电极上得到电子 的电子得以再生 ； ５） Ｉ ３ － － ； ）Ｔ 还原为 Ｉ 此反应 ６ ｉ Ｏ ２ 导带底 电 子 与 Ｉ ３ 的 复 合，
理论转化率高 、 成本 低 廉 、 对 材 料 纯 度 要 求 低、 制造工 艺简单的特点而引起了全世界科学家广泛的研究兴趣 ． － ／ 传输电子的 Ｉ Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ 主要由吸附染料的光阳极 、 － － 催 化Ｉ 的Ｐ Ｉ ｔ对 电 极 组 成 ． Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ 工作的 ３ 电解 质 、 ３ 原理是 ： 染料分 子 受 光 照 被 激 发 ， 然后电子注入 Ｔ ｉ Ｏ ２ 导带 ， 被激发 的 染 料 分 子 最 终 在 对 电 极 被 Ｐ ｔ还原而 － － ／ 对于含有 Ｉ Ｉ 得以再生 ． ３ 氧化 还 原 电 对 电 解 质 体 系 其光电转换过程可以用以下 组装的太阳能电池而 言 ，
大面积染料敏化太阳能电池的一种制作方法
大面积染料敏化太阳能电池的一种制作方法大面积染料敏化太阳能电池是一种新型的光伏设备，具有高效、低成本、易于制备和装配等优点，被广泛应用于太阳能领域。
下面将介绍一种大面积染料敏化太阳能电池的制备方法。
首先，先准备所需的材料。
这些材料包括：透明的导电玻璃、钛板、染料、电解液、电极材料等。
然后，将钛板放入氟化氢中进行清洗，使其表面光滑。
随后，在钛板上涂覆导电玻璃，形成透明电极。
接下来，将染料溶液铺在导电玻璃涂层上，使得染料可以充分渗入钛板中，形成染料敏化层。
然后把电极材料放在染料敏化层上，形成反电极。
这个过程是为了保证光电转换的效率，不同的敏化染料需要不同的反电极材料。
最后，将电解液注入钛板和反电极之间的空隙内，形成电池。
此时，大面积染料敏化太阳能电池的制造完成。
在实际应用中，染料敏化太阳能电池具有以下优点：一是可以在室温下制备，大幅度降低了制造成本；二是可以批量生产，成本更加优势；三是可扩展性强，可以灵活应对各种规模的要求；四是规格灵活，可以根据不同需求调整尺寸和输出功率。
总的来说，大面积染料敏化太阳能电池属于一种成熟的技术，其性能和稳定性都已得到了证明。
在未来，它将会成为一种重要的、替代传统太阳能电池的选择，开创出新的光伏设备市场。
大面积染料敏化太阳能电池作为新型的光伏设备，其性能指标和实际效果具有重要的参考价值。
以下是一些相关数据的分析和解读。
1. 效率大面积染料敏化太阳能电池的效率是衡量其性能的关键指标之一。
数据显示，目前最高效的大面积染料敏化太阳能电池效率已经达到了14%以上，甚至有不少产品已经达到了18%的高效率水平。
与传统硅基太阳能电池（效率在20%左右）相比虽然还有一定差距，但是在成本和可制备性等方面的优势仍然非常突出。
2. 寿命大面积染料敏化太阳能电池的工作寿命是另一个衡量其性能的关键指标之一。
数据显示，大部分产品的工作寿命达到了5年以上，部分品牌的产品甚至可以达到10年以上的可靠工作寿命。
丝网印刷制备染料敏化太阳能电池
8.88 1.95
Voc/
PCE/%
FF
mV
255
0.8
0.12
632
2.49
0.53
578
2.15
0.52
255
0.76
0.37
第7期
光谱学与光谱分析
2323
表2不同网目印刷叠印2层所制备的TiO2 薄膜电池的光电数据
Table 2 Photoelectricity data of TiO2 thin film cell prepared by different screen printing and overprinting
先清洗FTO：用清洗剂清洗表面，再分别用清洗剂和无 水乙醇超声10 mm,用去离子水超声两次，每次10 mm,用 氮气吹干。用丝网印刷技术将胶体印刷到FTO上,丝网性 能：丝网和刷子材质分别为聚酯和塑料，面积20 cmX50 cm,目数：100, 200, 300和400；丝网与FTO距离3 mm,印 刷角度45°；将FTO干燥30 min,然后在马弗炉中450 C煅烧 30 min；重复上述步骤进行多层叠印，制备TiO2薄膜电极。 1.3对电极的制备
References
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基于ZnO的染料敏化太阳能电池的制备及其性能研究
基于ZnO的染料敏化太阳能电池的制备及其性能研究近年来随着全球能源需求的增长和可再生能源的发展，太阳能电池作为一种环境友好型的电能转化器，也逐渐受到人们的重视。
染料敏化太阳能电池（DSSC）由于其制备工艺简单、成本低廉，以及对弱光照射和多角度照射的适应性强等优点而备受瞩目。
其中，以ZnO为电子传输材料的DSSC制备及性能研究成为了目前的热点之一。
1. ZnO的性质与制备ZnO是一种绝缘体，具有宽带隙（3.37 eV）和高透明度，使其在太阳能电池领域具有较高的应用价值。
这种物质的制备方法较多，常见的有溶胶凝胶法、水热法、气相沉积法等。
溶胶凝胶法是比较常用的一种方法，它通过溶胶和凝胶的过程来制备粉体，然后通过煅烧使其成为氧化锌。
溶胶凝胶法制备的氧化锌具有较小的晶粒尺寸，高度纯度和良好的晶格结构。
2. 染料的选择与合成染料是DSSC中的关键部分，它能够吸收太阳能光谱范围内的光能，将其转化为电子并运输到电解质中。
常见的染料包括天然染料和人工合成染料两种。
其中人工合成染料可以通过化学方法设计、合成具有优异光学性质的分子，可以实现光谱范围的调控和吸收峰的调整，从而提高DSSC的光电转换效率。
在众多染料中，硝基苯酚类染料（如N719）以及苯并噻唑衍生物（如TBP）都是较为常见且效率较高的染料。
3. DSSC的制备与装配DSSC的制备主要包括电极的制备、染料敏化和电池组装三个环节。
在电极制备方面，先将氧化锌粉末悬浮于适当的有机溶剂中，制备成氧化锌胶体涂于导电衬底上，并进行煅烧，形成有序的氧化锌晶体。
随后将染料溶解于有机溶剂中，喷涂散布于氧化锌膜表面，以达到将可见光吸收、电子传输材料之间的电荷传递和太阳能电池光电转换的目的。
最后，组装电解质、电极以及其他必要的材料，制作出完整的染料敏化太阳电池。
除了制备方法以外，DSSC的电子传输、电荷复合、光电转换效率等因素也影响其性能。
4. DSSC的性能研究DSSC的性能主要包括光电转换效率、开路电压、短路电流密度、填充因子等指标。
染料敏化太阳能电池关键材料地制备与表征
标准实验一 染料敏化太阳能电池关键材料的制备与表征在众多新能源中，太阳能因具有清洁、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。
太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
太阳能电池产业，已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略之一。
在众多太阳能电池中，硅基太阳能电池技术最为成熟，但制作工艺复杂、价格昂贵、设备要求较高而不适合开展大学生实验。
纳米二氧化钛（TiO 2）晶体太阳能电池是最近发展起来的一种新型太阳能电池，其优点在于其低廉的成本、简单的工艺以及相对稳定的性能。
其光电效率稳定在10%以上，而制作成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，寿命却能达到20年以上。
但是TiO 2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 ）的Gratzel 研究小组开发了染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell ，简称DSSC ），它由吸附了染料光敏化剂（过渡金属钌的有机化合物）的纳米TiO 2多孔薄膜制成，其光电转换效率可达7.1%。
1993年，他将光电转换效率提高到了10%，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%，引起了全世界的科学家对DSSC 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DSSC 的影响等方面。
“染料敏化太阳能电池的制备、组装及测试”实验涵盖材料制备实验（水热反应制备TiO 2纳米颗粒、热解法制备Pt 催化剂、丝网印刷技术制备光阳极薄膜、玻璃工操作、材料热处理等）、仪器分析实验（台阶仪测量薄膜厚度、X 射线衍射仪表征材料的结构与成分、扫描电子显微镜观测形貌、紫外-可见吸收光谱测试光谱吸收效果）等多种实验方法。
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实验一染料敏化太阳能电池关键材料的制备与表征在众多新能源中，太阳能因具有清洁、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。
太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
太阳能电池产业，已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略之一。
在众多太阳能电池中，硅基太阳能电池技术最为成熟，但制作工艺复杂、价格昂贵、设备要求较高而不适合开展大学生实验。
纳米二氧化钛（TiO2）晶体太阳能电池是最近发展起来的一种新型太阳能电池，其优点在于其低廉的成本、简单的工艺以及相对稳定的性能。
其光电效率稳定在10%以上，而制作成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，寿命却能达到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）的Gratzel研究小组开发了染料敏化太阳能电池（DyeSensitized Solar Cell，简称DSSC），它由吸附了染料光敏化剂（过渡金属钌的有机化合物）的纳米TiO2多孔薄膜制成，其光电转换效率可达7.1%。
1993年，他将光电转换效率提高到了10%，1998年，该研究组进一步研制出全固态DSSC，使图1 Gratzel研究小组开发的DSSC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%，引起了全世界的科学家对DSSC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DSSC的影响等方面。
“染料敏化太阳能电池的制备、组装及测试”实验涵盖材料制备实验（水热反应制备TiO2纳米颗粒、热解法制备Pt催化剂、丝网印刷技术制备光阳极薄膜、玻璃工操作、材料热处理等）、仪器分析实验（台阶仪测量薄膜厚度、X射线衍射仪表征材料的结构与成分、扫描电子显微镜观测形貌、紫外-可见吸收光谱测试光谱吸收效果）等多种实验方法。
由于实验步骤繁多、周期较长，因此根据其特点分为两部分，第一部分为关键材料的制备与表征；第二部分为器件的组装与测试。
本实验为第一部分。
下图为实验室制备的DSSC 。
图2 实验室制备的使用不同染料敏化剂的DSSC【实验目的】（1）了解染料敏化太阳能电池的工作原理及性能特点。
（2）掌握染料敏化太阳能电池光阳极、对电极等关键材料的制备方法。
（3）掌握相关材料的表征方法。
【实验原理】染料敏化太阳能电池的结构与工作原理：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、TiO 2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，铂电极称为对电极。
图3 DSSC 组成与结构示意图N N N N NNRuCOOH COOH HOOCHOOCCOOH N N N N Ru COOH HOOC HOOC N C S N CS N NN Ru COOHHOOC HOOC N N C S N CS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.leV），且比表面积略大于金红石，对染料的吸附能力较好，因而光电转换性能较好。
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450℃。
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有较长寿命的激发态；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，可用做染料敏化剂。
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-化学转化的功能，因此，从绿叶中提取的叶绿素具有一定的光敏活性。
从植物的花中提取的花青素也有较好的光电性能，有望成为高效的染料敏化剂。
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，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：①液态电解质的存在易导致吸附在TiO2薄膜表面的染料解吸，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。
光阴极：电池的阴极一般由镀了Pt的导电玻璃构成。
导电玻璃一般为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，降低电池中的暗反应速率，提高太阳光的利用效率。
DSSC的工作原理是：电池中的TiO2禁带宽度为3.2eV，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，于是电子注入到TiO2导带中，此时染料分子自身变为氧化态。
注入到TiO2导带中的电子传输到导电玻璃，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，电图4 DSSC结构与工作原理图解质中的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：（1）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。
【仪器与试剂】一、仪器设备X-ray衍射仪、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、高压反应釜、真空干燥箱、箱式电阻炉、红外线灯、吹风机、研钵、电解池、铂电极、饱和甘汞电极、石英比色皿、导电玻璃、三口烧瓶、量筒、烧杯、水浴锅、分液漏斗、容量瓶、玻璃刀、玻璃刻字笔、聚四氟乙烯镊子等。
二、试剂材料N719染料、Z903染料、N3染料、磷酸盐缓冲液（PBS）、钛酸四丁酯、冰醋酸、异丙醇、乙基纤维素、硝酸、无水乙醇、乙二醇、乙腈、碘、碘化钾、丙酮、去离子水等。
【实验步骤】实验流程：图5 DSSC制备、组装、测试实验流程图实验过程：本次实验完成第一部分，关键材料的制备与表征，主要是光阳极的制备。
一、切割、清洗FTO导电玻璃用万用表辨别FTO的导电面，从导电面下刀，切割FTO导电玻璃（建议尺寸为2cm×3cm）4块。
首先用洗衣粉轻轻搓洗FTO，然后分别在去离子水、无水乙醇中超声清洗3~5min，用聚四氟乙烯镊子夹住吹干，备用。
图6 辨别FTO导电面并使用玻璃刀切割操作图二、TiO2浆料的制备将适量的乙基纤维素、纳米TiO2粉末、松油醇及乙醇超声混合均匀。
减压蒸馏除去大部分的水和乙醇后，用三辊机研磨混合物，并挥发掉剩余的水和乙醇，直至获得适于丝网印刷的TiO2浆料。
三、多孔TiO2膜电极制备采用丝网印刷技术在FTO 表面印刷TiO 2浆料，静置除去表面缺陷，125℃干燥后，测量TiO 2薄膜的厚度。
通过重复上述“印刷－静置－干燥”步骤，控制TiO 2薄膜厚度。
将TiO 2薄膜进行125~500℃的分段升温热处理。
冷却至室温后，即得到多孔TiO 2膜电极。
用XRD 粉末衍射仪测定TiO 2晶型结构。
四、染料敏化剂溶液的制备和表征染料敏化剂采用N719（或Z907、N3），配制其乙醇溶液待用。
测定敏化剂溶液的紫外-可见光吸收光谱，确定染料敏化剂的吸收波长范围。
五、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多孔TiO 2膜电极冷却到80℃左右，浸入上述染料敏化剂溶液中，浸泡12h 后取出，用乙醇清洗后晾干，即获得染料敏化的TiO 2电极（光阳极）。
图8 染色前与染色后的多孔TiO 2膜电极 （2）电极循环伏安曲线测定为考察染料敏化剂在纳米TiO 2电极上的电化学行为和可逆性，以染料敏化后的TiO 2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曲线，改变扫描速度确定敏化剂发生电化学反应的可逆性。
【数据记录与处理】（1）实验各步骤现象照片、产物/样品照片、文字记录和分析。