DSSC染料敏化太阳能电池 英文
光伏材料物理1_染料敏化太阳能电池2
卟啉系列和酞菁系列
R R
R R
N
N
N
N N
M
N N
N NMΒιβλιοθήκη NNNR
R
R
R
R = SO3-, OC5H11; M = H2, Zn, AlCl
A. Kay and M. Gratzel, et al J. Phys. Chem., 1993, 97, 6272. M.M. Ressler and R.K. Panday, Chemtech., 1998, 3, 39.
• Role of the TCO electrode in a DSSC
– Electrons transportation and collection
• Characteristics
– – – – –
I
T
High transmittance in visible region () High electrical conductivity () Thermal endurance () Corrosion resistance Energy level not higher than nanoparticle oxide
染料敏化太阳能电池
被引用已达12411次
1991 年瑞士洛桑高工 (EPFL)Grätzel 等，利用联 吡啶钌(Ⅱ)配合物染料和纳 米多孔TiO2薄膜制备的染料 敏化纳米薄膜太阳电池，获 得了 7.1%的光电转换效率。 这一突破性进展为研究染料 敏化纳米薄膜太阳电池开辟 了新天地，特别是对未来工 业化生产提供了新思路。 优点: 1.可以克服半导体本身只吸 收紫外光的缺点，使得电池 对可见光谱的吸收大大增加 2.可通过改变染料的种类得 到理想的光电化学太阳能电 池 3.大大降低生产成本，以利 于运用于日常生活中
染敏太阳能电池背景PPT课件
contents
目录
• 染敏太阳能电池概述 • 染敏太阳能电池结构与工作原理 • 染敏太阳能电池材料体系 • 染敏太阳能电池制备工艺与设备 • 染敏太阳能电池性能提升策略 • 染敏太阳能电池挑战与未来展望
01 染敏太阳能电池概述
定义与原理
定义
染敏太阳能电池（Dye-sensitized solar cell，简称DSSC）是 一种新型太阳能电池，利用染料吸收太阳光并产生电流。
性能参数与评价指标
光电转换效率
衡量电池将光能转化 为电能的能力。
开路电压
电池在开路状态下的 端电压，反映电池内 部电荷分离情况。
短路电流
电池在短路状态下的 电流，反映电池对光 能的响应程度。
填充因子
反映电池实际输出功 率与理论最大功率之 比，体现电池的优劣。
稳定性
衡量电池在长期使用 过程中的性能衰减情 况。
现状
目前，染敏太阳能电池已经实现了商业化生产，并且在一些领域得到了广泛应 用。然而，与传统的硅基太阳能电池相比，染敏太阳能电池在效率和稳定性方 面仍有待提高。
应用领域与市场前景
应用领域
染敏太阳能电池具有柔性、轻便、颜色可调等特点，因此在建筑一体化、便携式 设备、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
市场前景
电转换效率。
柔性衬底
02
采用柔性衬底制备染敏太阳能电池，实现可穿戴和便携式应用。
模块化设计
03
将多个染敏太阳能电池单元组合成模块，提高整体性能和稳定
性。
06 染敏太阳能电池挑战与未 来展望
面临的主要挑战
稳定性问题
染敏太阳能电池在长期使用过程中，由于光、热等因素的 影响，染料分子容易发生降解，导致电池性能下降。
材料化工专业英语生词本
材料化工专业英语生词本Synthesis 合成Properties 性质Anatase 锐钛矿rutile 金红石brookite板钛矿Crystalline 结晶的nanometer 纳米nanorods/wires纳米棒/线nanocrystals 纳米晶体nanocarriers 纳米载体nanoparticles （NPs）纳米颗粒nanocomposite纳米复合Hierarchical Nanostructures 分层纳米材料titanium dioxide TiO2 polymorphs of titania 多晶型 TiO2 amorphous 非晶的Three-dimensional 3Dfacile and controlled 容易控制hydrothermal 热液的annealing 退火investigate 调查，研究radially 放射状地petal 花瓣thin 薄的thick 厚的morphology 形态The surface area 表面积adsorption-desorption 吸附-解析（ads）orption isotherms 吸附等温线the Brunauer-Emmett-Teller BET 比表面积测试法specific surface areas 比表面积sensitivity 灵敏、灵敏性ethanol 乙醇、酒精ethylene glycol 乙二醇EG化学式C2H6O2分子式：HOC2H4OHsensor 传感器、感应器solar cells太阳能电池biosensors 生物传感器catalyst 催化剂Catalysis 催化photo-catalytic 光催化的inorganic 无机的objective 目标optimize 使完善、使优化optical 光学的magnetic 磁的application 应用bandgap 带隙transition metal oxides 过渡金属氧化物paint 油漆、颜料gas sensor 气敏元件、气敏传感器Li-ion battery 锂离子电池Electrochromic 电致变色的Photochromism 光致变色macro/mesoporous materials 宏/介孔材料CVD(Chemical Vapor Deposition, 化学气相沉积)Anodic 阳极的hydrothermal method 水热法Template 样板、模板oriented attachment 定向附着primary nanoparticle 初级纳米粒子anisotropic非等方性的、各向异性的capping agents 盖髓剂kirkendall effect柯肯达尔效应tetragonal structure 四方结构photovoltaic cells 光伏电池smart surface coatings 智能表面涂层single-phase 单相precursor 先驱、前导Herein 在此处、鉴于、如此 Nanoflakes 纳米片metal-enhanced fluorescence 金属增强荧光fluorophores 荧光团The Royal Society of Chemistry 英国皇家化学学会ESI (Electronic Supplementary Material) 电子补充材料 Innovative 创新的 Polymer 聚合物 Chemical 化学品 Silica 硅 FITC （fluorescein isothiocyanate ）荧光异硫氰酸酯EiTC ( Eosin isothiocyanate ) 异硫氰酸曙红Fluorescence spectra 荧光光谱 control sample 对照样品 Dissolve 溶解Characterization 表征 analytical grade 分析纯 ethanol 乙醇ethylene glycol 乙二醇 ammonia aqueous solution （28 wt %）氨水溶液（100公斤里含28公斤） acetone 丙酮分子式：C3H6O 简式：CH3COCH3EtoH 乙醇 （ PS ：Et 代表乙基CH3CH2- Me 代表甲基CH3-）TEOS （tetraethyl orthosilicate ） 原硅酸四乙酯the TEOS concentration TEOS 浓度 CTAB （hexadecyltrimethylammonium bromide ） 十六甲基溴化铵The CTAB surfactant CATB 表面活性剂Sinopharm Chemical Reagent Co. 国药集团化学试剂有限公司Polyvinylpyrrolidone (PVP, Mw = 55000) 聚乙烯吡咯烷酮（PVP ，MW = 55000=兆瓦，百万瓦特(megawatt)）Rhodamine B (Rh B) 玫瑰精，若丹明B poly(allylamine hydrochloride) (PAH, Mw = 56000) 聚（烯丙胺盐酸盐） Deionized water 去离子水PAH （ polycyclic aromatic hydrocarbon ）多环芳族烃 Via 经由、通过the three-neck flask 三颈烧瓶 oil bath 油浴precipitate 沉淀centrifugation 离心分离 rpm 每分钟转数 core-shell 核-壳a surfactant-templating sol-gel approach 表面活性剂模板溶胶 - 凝胶法homo-dispersed solution 均聚物分散夜agitate 搅拌ultrasonically and mechanically 超声波地、机械地solvent extraction method 溶剂萃取法reflux 回流an impregnation method 浸渍方法 vial 小瓶 dilute 稀释composite 合成物、复合物TEM （Transmission electron microscopy ）透射电子显微镜copper grids 铜网carbon films 碳膜SEM（Scanning electron microscopy）扫描电子显微镜Spray 喷FESEM（Field-emission scanning el ectron microscopy）场发射扫描电子显微镜LCSM(Laser confocal scanning microscopy )激光共聚焦扫描显微镜X-ray diffraction (XRD) X 射线衍射X-ray diffractometer X射线衍射仪Nitrogen 氮Micromeritcs n. 微晶（粒）学，粉末工艺学；粉体学degas除去瓦斯vacuum 真空BET(The Brunauer-Emmett-Teller) pore volume 孔体积spectrofluorometer 荧光分光剂spectrophotometer分光光度计bandpass 带通PMT voltage （Photomultiplier Tube）光电倍增管电压Confocal luminescence images共聚焦荧光图像Silver 银silica spacer 硅垫片fabricate制造; 伪造; 组装; 杜撰the metal-enhancedMEF（the metal-enhanced fluorescence ）金属增强荧光Fluorescence quenching 荧光猝灭FRET (Fo¨rs ter resonance energy transfer )福斯特共振能量转移Optimization 最佳化; 最优化excited-state 激发态plasmon 等离子基元quantum yields 量子产率quantum dots 量子点resonance n.共振，共鸣, 反响, 回声donor–acceptor pairs 给体- 受体对proximity 接近efficiency 效率the transfer distances 传输距离deposite 被沉淀，存放plastic planar substrate塑料平面基板photoluminescence (PL)光致发光luminescent 发光的single nanoparticle sensing单一纳米粒子传感dielectric电介质; 绝缘体adj.非传导性的RE complexes稀土复合Polyelectrolytes聚合高分子电解质Electrolyte电解质Multilayer 多层Concentric 同中心的functionalized organic molecules 官能有机分子conjugation 结合，配合tedious and fussy繁琐和挑剔obstacle n.障碍, 阻碍, 妨害物controlled release,控释detection and probe applications 检测和探头应用general一般的; 综合的; 普通的universal普遍的, 通用的, 全体的Inspired 启发Possess 拥有Pore 孔drugs and macro-molecules 药物和大分子herein在此处, 鉴于, 如此Ag@SiO2@mSiO2（Ag-core@silica-spacer@mesoporo us silica ）The preparation procedure编制程序Water-soluble可溶于水的; 水溶性的，微溶于水A high-temperature solvothermal method一种高温溶剂热法Solvent 溶剂Esolution 分辨率twinned structures 联动结构，孪生结构concentration 浓度tune 调节is ascribed to 归因于dilute稀释spherical morphology 球形形态type-IV curves IV型曲线polyelectrolytesodium chloride食盐; 氯化钠plasmonic absorption电浆吸收an intuitive way 以直观的方式unambiguous 不含糊的, 明白的demonstrate 证明antibody 抗体NSF（National Sanitation Foundation）美国国家卫生基金会PRC(The People's Republic of China)中华人民共和国Shanghai Municipality上海市Shanghai Leading Academic Discipline Project上海重点学科建设项目Tri-functional hierarchical三官能分层DSSCs（dye-sensitized solar cells）染料敏化太阳能电池DOI（Digital Object Unique Identifier）是一种数字对象标识体系acid thermal method 酸热法titanium n-butoxid正丁醇钛acetic acid乙酸、醋酸kinetic 动能light-scattering 光散射photoelectrodes 光电极opto-electronic 光电的calcine煅烧short-circuit photocurrent density短路光电流密度open-circuit voltage开路电压compared to 相比，把什么比作什么electron 电子recombination rates 重组率oxide 氧化物inorganic 无机的sub-microspheres 亚微球beads珠子To date 迄今a ruthenium complex light-harvester钌络合物的光收割机volatile 挥发性的photoanode光阳极superior 好的，卓越的photons 光子photovoltaic performance光伏性能In addition to 除。
染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池(Dye - sensitized solar Cells, DSSC电池)主要由宽带隙的多孔n型半导体(如TiO2 , ZnO等) 、敏化层(有机染料敏化剂)及电解质或p型半导体组成。
由于采用了成本更低的多孔的n - 型TiO2 或ZnO半导体薄膜及有机染料分子, 不仅大大提高了对光的吸收效率, 还大规模地降低了电池的制造成本, 所以具有很好的开发应用前景。
按照吸附层和电解质的不同,DSSC电池又包括两种类型: 含有液体电解质的染料敏化光电化学电池(Dye --Sensitized Photoelectro2chemical Cells, DSPEC) ; 固体有机电解质的染料敏化异质结太阳能电池(Dye - Sensitized Heterojunc2tion Solar Cells, DSH电池)。
Gratzel 等人于1993年在Nature上报道了用联吡啶钌染料RuL2 ( SCN) 2 (L = 2, 2’ - bipyridyl -4, 4 - dicarboxylate, 即2, 2’ - 联吡啶- 4, 4’- 二羧酸)作敏化剂的DSPEC太阳能电池, 能量转化效率达到10 以上。
该染料具有很高的稳定性,经过5 ×107 次循环(相当于在自然光下20年)都不会有光伏损失, 使这种技术商业化应用成为可能。
由于采用了廉价的TiO2 材料和有机敏化剂, 这种电池转化效率高, 制造工艺更加简单, 成为近年来的研究热点。
染料敏化太阳能电池的结构和工作原理DSC电池的结构如图1所示, 主要包括3部分: 吸附了染料的多孔光阳极、电解质和对电极。
染料吸收光子后发生电子跃迁, 光生电子快速注入到半导体的导带并经过集流体进入外电路而流向对电极。
失去电子的染料分子成为正离子, 被还原态的电解质还原再生。
还原态的电解质本身被氧化, 扩散到对电极, 与外电路流入的电子复合, 这样就完成了一个循环。
DSSC电池工作原理
综述报告0、目前使用的太阳电池主要是单晶硅、多晶硅太阳电池，“染料敏化太阳电池”（ Dye-sensitized Solar Cell，DSSC）是第三代的薄膜光伏太阳能电池，是一种电化学太阳电池，但与常规的电化学太阳电池相比，在半导体电极与染料上有很大的改进。
主要的优势是原材料丰富，成本低廉，性能稳定，制备工艺相对简单。
电池制作中主要工艺是大面积丝网印刷技术和简单浸泡方法，有利于大面积工业化生产。
而且所有原材料和生产工艺都无毒、无污染，电池中的导电玻璃可以得到充分的回收，对保护环境有重要的意义。
DSSC全称为“染料敏化纳米薄膜太阳电池”，是模拟自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的纳米多孔二氧化钛半导体膜作为光阳极，并选用适当的氧化－还原电解质，用镀铂的导电玻璃作为光阴极。
1、结构典型的DSSC是由导电基底、吸附了染料的半导体光阳极、对电极和两极间的电解质组成的。
DSSC具有类似三明治的结构，将纳米二氧化钛烧结在导电玻璃上，再将光敏染料镶嵌在多孔纳米二氧化钛表面形成工作电极，在工作电极和对电极（通常为担载了催化量铂或者碳的导电玻璃）之间是含有氧化还原物质对(常用I-和I3-)的电解质，它浸入纳米二氧化钛的孔穴与光敏染料接触。
图1 染料敏化太阳电池的组成2、工作原理在入射光的照射下，镶嵌在纳米二氧化钛表面的染料光敏分子(Dye)吸收光子，跃迁至激发态(Dye*),处于激发态的染料分子向低能级的二氧化钛半导体的导带内注入电子借以实现电荷分离,实现了光诱导电子转移。
在该过程中,染料光敏剂分子自身转化成为氧化态的正离子(Dye+)；注入导带中的电子从半导体电极流出,经外电路时对外做功,产生工作电流,流回到对电极；处于氧化态的染料正离子(Dye+ ) 与电解液中的氧化-还原电对( I- / I3- )反应,获得电子被还原回到基态(Dye)，而电解质中的氧化剂扩散到对电极得到电子而使还原剂得到再生，整个电路形成一个完整的循环。
染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)是一种太阳能转换技术，它利用来自太阳能源的可再生能源来产生电能。
DSSCs 具有体积小、成本低、简单结构及
高性能的优点，是当今太阳能应用开发的重点之一。
DSSCs 的基本结构是一个带氧化空隙的薄膜，通常称为光敏层，它由一个氧化物(通
常是TiO2)和染料混合物组成。
染料的主要作用是将太阳能转换为可被空隙电荷转移的 6 至 8 光子电荷。
接下来，光子电荷穿过 TiO2 的空隙转移到层间电子传输剂。
当染料被
电子传输剂充电后，它将被转移回正极材料，从而生成电流。
此外，DSSC 内部还有一层
电解质膜与正极材料反应，产生盐极化供给整个电池能量，并回流以保持整个电池平衡，
使其便于存储能量和恒定输出电流。
在DSSCs 中，最重要的组成部分是染料，它们具有分解太阳能的能力，并响应光能来吸收能量，有效地将能量转化为可以通过电荷转移进行存储的光子电荷。
染料也会影响DSCC 的整体性能，染料应具有合适的紫外线 - 可见能量跨越范围和优良的光动力学性能，以最大程度地提高太阳能转换效率，同时突出它的可靠性和经济性。
在近年来，随着新型
染料的迅速发展，染料敏化太阳能电池的效率和成本也有了显著的改善。
综上所述，染料敏化太阳能电池的表现令人印象深刻，因为它具有体积小、成本低、
简单结构及高性能的优点，是太阳能应用开发的重点之一，在未来，它将有效地帮助人类
利用可再生能源来发展可持续的能源系统，从而改善环境问题，提高我们的生活质量。
染料敏化太阳能电池的电解质
固态电解质
目前研究得较多的固态电解质是有机空穴传输材 料和无机p 型半导体材料。 有机空穴传输材料作为DSSC的全固态电解质,虽然 研究十分活跃,但由于纳米多孔膜存在着孔径大小、分 布和形貌等许多复杂因素,如何改善有机空穴传输材料 和纳米多孔膜的接触,提高空穴传输的速率,降低有机 空穴传输材料自身的电阻,提高固态电解质太阳电池的 光电转换效率等许多问题尚需进一步深入研究。 用作DSC固体电解质的p型半导体材料主要是Cu I 和CuSCN等。无机p型半导体材料作为DSSC中的固态电 解质,如何解决其稳定性,提高空穴传输的速率,是提高 这类固态电解质太阳电池光电转换效率所必须解决的 问题。
准固态电解质
准固态电解质主要是在有机溶剂或离子液体基液态电 解质中加入胶凝剂形成凝胶体系,从而增强体系的稳定性。 准固态电解质按照被胶凝的液体电解质的不同,可以分为 基于有机溶剂的准固态电解质和基于离子液体的准固态小分子 胶凝剂、聚合物胶凝剂和纳米粒子胶凝剂.在有机溶剂电 解质中加入有机小分子胶凝剂、聚合物胶凝剂或无机纳 米离子,能使其固化得到准固态的凝胶电解质,有效地防 止电解质的泄漏,减缓有机溶剂的挥发。但随着时间的延 长,这类电池依然会存在着有机溶剂的挥发损失问题。
液态电解质
液态电解质由于其具有扩散速率快、光电转换效率 高、组成成分易于设计和调节、对纳米多孔膜的渗透性 好等优点,一直被广泛应用和研究。它主要由三个部分组 成:有机溶剂、氧化还原电对和添加剂。用作液体电解质 中的有机溶剂常见的有: 腈类(如乙腈、甲氧基丙腈等) 、 酯类(碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和γ - 丁内酯等)。这些 有机溶剂具有较宽的电化学窗口,不易导致染料的脱附和 降解,其凝固点低,适用的温度范围宽。此外,它们还具有 较高的介电常数和较低的粘度,能满足无机盐在其中溶解 和离解的要求,且溶液具有较高的电导率。另外，近年来 还出现了一类采用离子液体作为溶剂的新型液态电解 质——离子液体电解质。
染料敏化太阳能电池的进展研究
染料敏化太阳能电池的进展研究染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs）是一种第三代太阳能电池技术。
它通过将染料敏化电子传输物质（纳米晶钛酸盐）涂覆在导电玻璃上，再将电解质涂覆在钛酸盐上，形成一个光敏层。
光在光敏层中被吸收，并激发电子，电子通过导电玻璃传输到负载。
染料敏化太阳能电池具有低成本、高效率、透明度高、制备工艺简单等优点，因此受到了广泛关注。
随着对染料敏化太阳能电池的研究深入，研究者们采用不同的方法和材料，不断提高其效率和稳定性。
例如，研究者使用无机半导体材料如TiO2、ZnO等作为电子传输材料，通过控制其晶粒尺寸和结构以提高电子传输效率。
同时，改进染料分子的设计和合成，可以增加染料的光吸收范围和光电转换效率。
在电解质方面，研究者已经替代了常用的有机电解质，如碘/碘离子电解液，使用无机电解质如柠檬酸锂盐电解液，提高了电池的稳定性和长期使用寿命。
此外，染料敏化太阳能电池的反应速度也是关注的焦点之一、使用催化剂如Pt、Ru等可以提高反应速度和光电转换效率。
另一个改进的方向是采用二维材料或金属有机框架（MOF）作为电子传输材料。
例如，石墨烯、二硫化钼等材料具有高导电性和光吸收能力，可以提高电子传输效率和光电转换效率。
MOF具有结构可调性和多孔性，可以通过调整结构和组分来提高电池的稳定性和性能。
此外，染料敏化太阳能电池的透明度也是研究的重点之一、目前，研究者们已经开发出透明的电解质和导电材料，可以用于制备透明的染料敏化太阳能电池，为建筑一体化光伏应用提供了可能。
最后，染料敏化太阳能电池的商业化应用仍面临一些挑战。
首先，其稳定性和寿命需要进一步提高。
其次，生产成本仍然较高，需要降低制造成本来提高竞争力。
最后，其能量转换效率仍然有待提高，以满足实际应用的需求。
综上所述，染料敏化太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术，在效率、成本和特性方面具有优势。
不断的研究和改进使得其效率和稳定性得到了显著提高，为其商业化应用提供了可能。
染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池
染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池
染料敏化太阳能电池（Dye Sensitised Solar Cells，简称DSSC）和有机太阳能电池（Organic Solar Cells，简称OSC）都是利用有机材料作为光激活层的太阳能电池，
但它们在工作原理、结构和性能上存在一些差异。
染料敏化太阳能电池是一种有机/无机复合电池，主要由吸附染料的纳米多孔半导体
薄膜、电解质和对电极构成。
它的工作原理是染料分子受光激发后，从基态跃迁到激发态，然后染料中处于激发态的电子迅速注入到纳米半导体的导带中，完成载流子的分离。
注入到半导体导带中的电子经外回路至对电极，并在外电路中形成光电流，处于氧化态的电解质在对电极接收电子被还原，氧化态的染料被还原态的电解质还原再生，完成一个循环过程。
染料敏化太阳能电池的光电能量转换率可以达到
11%以上，且其制备过程简单、成本低，因此被认为是一种具有潜力的太阳能电池。
有机太阳能电池则是利用有机材料的光电效应来产生电能的器件。
它的基本结构包括两个电极（阳极和阴极）以及夹在两个电极之间的有机半导体材料。
当太阳光照
射到有机半导体材料上时，会激发产生电子-空穴对，然后电子和空穴分别被两个电
极收集，从而形成光电流。
有机太阳能电池具有轻薄、柔性、可大面积制备等优点，因此在可穿戴设备、建筑集成光伏等领域具有广阔的应用前景。
总的来说，染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池都是利用有机材料的光电效应来产生电能的器件，但它们在结构、工作原理和性能上存在一些差异。
具体选择哪种类型的太阳能电池取决于应用场景、成本、效率等因素。
DSSC
染料敏化太阳能电池
光生电子和空穴由染料产生，分别经二氧化钛电 极和电解质传递 纯度要求较低 低，是多晶硅太阳能电池的1/5左右 是多晶硅太阳能电池的 左右 容易制备 基本上角度增大，效率升高；在0-75°的角度范 围内随光照角度增大，效率增大 强 不敏感 丰富 透明 容易 33% 非常广泛
DSSC简介及展望
华北 虞旺
太阳能电池种类
（一）硅系太阳能电池 1、单晶硅太阳能电池 2、多晶硅薄膜太阳能电池 3、非晶硅薄膜太阳能电池 硅 目前主流 但提纯的高耗能和高污染对今后发展肯定是个问题 （二）多元化合物薄膜太阳能电池 砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜 毒性污染，元素限制，不可能成为今后的主流产品 （三）聚合物多层修饰电极型太阳能电池 纳米晶TiO2太阳能电池的优点在于它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能电池的 1/5～1/10．理论上寿命能达到2O年以上，所有材料都不受来源和污 染限制
国内领军人物
王鹏 教育背景 1996.09-2001.07 中国科学院长春应用化学研究所, 研究 1991.09-1995.07 郑州大学化学系，本科生 工作经历 2006.11至今 中国科学院长春应用化学研究所，研究员 博士生导师 2006.06-2006.11 美国加州大学圣芭芭拉分校 聚合物与有机固体研究中 心，访问科学家 2005.01-2006.05 英国剑桥大学 卡文迪什实验室，研究助理 2002.01-2004.12 瑞士联邦高工，研究助理 现已获国内外专利授权23件，申请21件，主要从事染料研究工作
行业现状
部分各国生产企业 英：G24i 美： Solaris Nanosciences Konarka 瑞士： Solaronix SA Greatcell 瑞典：NLAB Solar AB 爱尔兰：STREP 日：Peccell Showa Denko K.K. Nissha Fujikura 韩：Timo Technology Acrosol Construction 台：福盈科 陆：青岛黑金 以色列：3GSolar
染料敏化太阳能电池Dye-sensitized solar cell
染料敏化太阳能电池在网上找到的染料敏化太阳能电池示意图染料敏化太阳能电池（DSSC, DSC 或DYSC[1])是一种低成本太阳能电池，其属于薄膜太阳能电池的一种[2]。
它是基于在一个光敏阳极和电解质之间形成一个半导体，是一个光电化学系统。
这种电池又称Grätzel电池，在1991年由洛桑联邦理工学院的Grätzel和Brian O'Regan发明[3]。
Grätzel荣获2010年千禧技术发明奖[4]。
因为它所需要的原材料成本比较低，而且制造设备不需要很复杂，所以这种电池在技术上是很有吸引力的。
同样，产品价格显著低于以往的固态电池。
它也可以被设计成柔韧的薄片和大的机械强度，无需保护结构。
虽然其转换效率不是薄膜电池中最好的，理论上其价格/性能比（千瓦时/（平方米·年·美元））足够高，使它们能够与化石燃料发电实现电网平价竞争。
由于染料敏化电池化学稳定性不高，所以其商业应用不太好[5]，欧盟光伏设计联盟预测，到2020年可再生能源发电将得到显著发展。
半导体太阳能电池传统的固态半导体太阳能电池是由两个不同掺杂类型的半导体组成，其中n 型掺杂半导体中含有“额外”电子，p型掺杂半导体缺乏“自由电子”。
当n型半导体与p型半导体接触时，有载流子流动，n型半导体中的自由电子流动到p型半导体中，p型半导体中的空穴流动到n型半导体中，这样在n型和p型半导体接触区间形成一个势垒，把其称为空间电荷区。
硅的这种电子转移势垒约为0.6~0.7 V[6]。
当把其放置在阳光下，太阳光的光子可以激发n型半导体的电子到P型半导体一侧，这一过程称为光致激发。
在硅片上，阳光可以提供足够的能量将能量较低的价带电子激发到能量较高的导带上。
顾名思义，导带中的电子可以自由移动。
当给电池用导线连接一个负载，那么在p型半导体一侧积累的电子通过外部电路流动，电量消耗在外部，这时p型和n型之间的势垒宽度变小，当太阳光继续激发半导体，又使电子由n型流向p型使势垒强度变大，然后p型积累的电子继续通过外部电路流动消耗，上述过程反复进行，就是半导体电池的工作原理。
染料敏化太阳能电池的结构
染料敏化太阳能电池的结构染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells, DSSCs）是一种新型的太阳能电池技术，其结构相对简单，但能够高效地转换太阳能为电能。
下面将详细介绍染料敏化太阳能电池的结构。
染料敏化太阳能电池的结构主要包括透明导电玻璃基底、导电氧化物电极、电解质、染料敏化层和对电极。
透明导电玻璃基底是染料敏化太阳能电池的底部，通常使用透明导电玻璃材料如氧化锡（SnO2）涂覆在基底上。
透明导电玻璃基底的作用是作为电子传输的通道，同时具有透明性，允许太阳光透过。
导电氧化物电极是染料敏化太阳能电池的阳极，通常使用二氧化钛（TiO2）薄膜作为导电氧化物电极。
导电氧化物电极的结构通常是多孔的，这样可以增加表面积，提高染料吸附的效果，提高光电转化效率。
电解质是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，通常是由有机溶剂和盐组成，如甲基异丙基酮（MEK）和碘盐（I-/I3-）。
电解质的主要功能是提供离子传输的通道，维持染料分子的稳定性，并且充当电子输运介质。
染料敏化层位于导电氧化物电极上，是染料敏化太阳能电池的核心部分。
染料敏化层通常由染料分子和导电剂组成。
染料分子的主要作用是吸收太阳光，并将光能转化为电能。
常用的染料有天然染料如叶绿素、人工合成的有机染料等。
导电剂的作用是与染料分子共同参与电子传输，促进电荷的注入和传输。
对电极位于染料敏化太阳能电池的顶部，通常是由铂（Pt）或碳（C）等导电材料构成。
对电极的主要作用是收集电子，将其输送到外部电路中。
染料敏化太阳能电池的结构简单而又高效。
通过透明导电玻璃基底、导电氧化物电极、电解质、染料敏化层和对电极的组合，能够实现太阳能光能到电能的高效转换。
染料敏化太阳能电池具有制备工艺简单、成本低廉、适应性强等优点，因此在可再生能源领域具有广阔的应用前景。
染料敏化太阳能电池
大面积染料敏化太阳能电池研发项目目录一、太阳能电池简介-----------------------------------3二、大面积染料敏化太阳能电池发展简介-----------------4三、大面积染料敏化太阳能电池组成及工作原理-----------6四、提升大面积染料敏化太阳电池竞争力的主要途径-------8一、太阳能电池简介。
20世纪以来，随着世界经济的发展与人口的急剧增长，能源日益成为人类亟待解决的重大问题。
目前，能源消耗主要是来自化石燃料等，由于化石燃料的储量以及使用所带来的环境污染问题，人们开始把目光投向可再生清洁能源。
可再生能源包括生物能、风能、潮汐能、核能以及太阳能等，其中，太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源不可比拟的优点，取之不尽、用之不竭、安全、无污染、不受地理条件的限制等。
太阳每年向地球辐照的能量大约是3×1024J，是目前人类可利用能源的1万倍，即使地球上一小部分的太阳能得到利用，许多能源问题就都可以迎刃而解。
因此，利用太阳能的研究和应用受到世界的重视，其中，太阳能电池是世界各国政府最重视的研究课题之一。
太阳光进入大气层后,虽然大气成分和尘埃颗粒的散射以及太阳光中的紫外线被臭氧，氧气和水蒸气吸收,但到达地表的功率密度仍有很大。
如果太阳辐射维持不变,则太阳半衰期寿命还有7*1012年以上,可以说太阳能是取之不尽用之不竭的天赐能源。
我国陆地2/3以上地区的年日照时数大于2000h,太阳能相当丰富。
目前,太阳能的利用主要有太阳能电池发电和太阳能热水器制热。
而在一些名胜古迹和公园已经可以见到太阳能路灯了,为家庭住宅提供能源的太阳能发电系统(3kW)已经在发达国家作为示范工程而被推广,用太阳能电池提供动力的汽车和游艇也已经出现在人们的眼前。
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。
染料敏化太阳能电池的概述
染料敏化太阳能电池的概述染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cells，简称DSSC）全称为“染料敏化纳米薄膜太阳能电池”，由瑞士洛桑高等理工学院（EPFL）Gratzel教授于1991年取得突破性进展，立即受到国际上广泛的关注和重视，DSSC主要是指以染料敏化多孔纳米结构TiO2薄膜为光阳极的一类半导体光电化学电池，另外也有用ZnO、SnO2等作为TiO2薄膜替代材料的光电化学电池。
1.1染料敏化太阳能电池优点它是仿照植物叶绿素光合作用原理的一种太阳能电池。
由于染料敏化太阳能电池中使用了有机染料，其功能就如同树叶中的叶绿素，在太阳光的照射下，易产生光生电子，而纳晶TiO2薄膜就相当于磷酸类脂膜，因此我们形象的把这种太阳能电池称为人造树叶。
DSSC 与传统的太阳电池相比有以下一些优势：（1）寿命长：使用寿命可达15-20年；（2）结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产；（3）制备电池耗能较少，能源回收周期短；（4）生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，预计每瓦的电池成本在10元以内；（5）生产过程中无毒无污染；纳米晶染料敏化太阳能电池有着十分广阔的产业化前景和应用前景，相信在不久的将来，DSSC将会走进我们的生活。
因此吸引了各国众多科学家与企业大力进行研究和开发，近年来获得了飞速发展。
1.2染料敏化太阳能电池（DSSC）的結构组成染料敏化太阳能电池包括四部分：纳米氧化物半导体多孔膜（TiO2，ZnO），含有氧化还原电对的电解液（I-/I3-），作为敏化剂的染料（如N719/N3）以及对电极（如Pt）。
除此之外DSSC还需要衬底材料，通常为氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO导电玻璃）。
该实验中，纳米氧化物半导体多孔膜为ZnO，敏化剂用N719染料。
（1）FTO透明导电玻璃FTO导电玻璃为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃（SnO2：F），简称为FTO。
FTO玻璃被作为ITO导电玻璃的替换用品被开发利用，可被广泛用于液晶显示屏，它是染料敏化太阳能电池的TiO2/ZnO薄膜的载体，同时也是光阳极电子的传导器和对电极上电子的传导器和对电极上电子的收集器。
染料敏化电池
染料敏化电池1. 简介染料敏化电池（Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC）是一种新型的太阳能电池技术。
它通过将染料敏化的半导体纳米晶颗粒作为光敏剂，将太阳光能转化为电能。
与传统的硅基太阳能电池相比，染料敏化电池具有制造成本低、高效转换太阳能等优势，因此吸引了广泛的研究和应用。
2. 工作原理染料敏化电池的工作原理可以分为以下几个步骤：2.1 光吸收和电子注入染料敏化电池的核心是染料敏化的半导体纳米晶颗粒。
这些纳米晶颗粒通常由二氧化钛（TiO2）构成，其表面覆盖有一层染料分子。
当太阳光照射到染料分子时，染料分子吸收光子能量，激发其电子跃迁到较高能级。
2.2 电子传输被激发的电子通过染料分子、纳米晶颗粒的表面以及导电介质（通常是电解质）等组成的电子传输路径向电池的电极移动。
这一过程中，导电介质中的电解质可以提供可移动的正离子来平衡电子的移动，并完成电池电荷的传输。
2.3 电子还原和离子再转化移动的电子最终到达电池的另一端，与接收电子的电极（通常是有机材料或碳材料）发生电子还原反应，并将电子重新注入到染料分子中。
这一过程中，电解质中的正离子经过电池的电解质层再次转化为中性分子。
2.4 循环整个过程不断循环进行，太阳能的光子能量被转化为电能，并通过电路输出电流和电压。
3. 优势和应用染料敏化电池相比传统的硅基太阳能电池具有以下优势：•成本低廉：制造染料敏化电池所需的材料成本相对较低，且制备工艺简单，使得染料敏化电池具备更低的制造成本。
•高效转换：染料敏化电池对太阳光的吸收效率较高，能够将光能转化为电能的效率提高，从而产生更高的电流和电压。
•灵活性：染料敏化电池的材料和结构相对灵活，可以实现柔性电池的制备，适用于更多的场景和应用。
•环境友好：染料敏化电池材料中不包含有毒或稀缺材料，制备过程中产生的废料也相对较少，对环境的影响较小。
染料敏化电池目前已经在一些特定领域得到了应用：•小型电子设备：由于染料敏化电池的灵活性和低成本，可以用于为小型电子设备如智能手表、智能眼镜等提供电源。
染料敏化太阳能电池讲义
应用领域
根据DSSC的透光性高，请便易携带，制作成本低的优点，应 用领域十分广泛，包括航空航天，建筑产业，电子产业，生活 家居等都可以使用该产品。
2. DSSC的制作原理及工艺流程
DSSC工艺流程
3，对电极的制备
将C纳米管/Pt电镀在导电玻璃上面， 加快电子的运动，提高氧化还原的速 率
4，DSSC电解液制备
常用的电解质包括液态、准固态、全 固态等。采用电解质将碘和碘化钠溶 于有机溶液中制备而成。
2. DSSC的制作原理及工艺流程
DSSC工艺流程
⑥ 纳米晶膜中传输的电子与进入TiO2 膜的孔 导带中： 中的I3-离子复合：
S* → S+ + e-(CB) I3 2e-(CB) → 3I-， ③-I-+ 离子还原氧化态染料可以使染料再生： ⑦ I3-离子扩散到对电极上得到电子使I-离子再 3I- + 2S+ → I3- + 2S， 生： ④ 导带中的电子与氧化态染料之间的复合： I3- + 2e-(CE) → 3I-， S+ + e-(CB) → S，
5，电池封装
采用热膜封装技术，将电池的四周用 绝缘加热封装固定。封装膜不宜太厚， 保证电池内部接触良好
6，DSSC电解液注入
将前面配制好的电解液用直径 100μ m的针孔将电解液注入到封装 好的DSSC中，完成后即为成品
2. DSSC的制作原理及工艺流程
2024年染料敏化电池市场分析现状
2024年染料敏化电池市场分析现状1. 引言染料敏化电池(Dye-sensitized solar cells，DSSCs)是一种具有发展潜力的新型太阳能电池技术，利用染料吸收阳光的能量并产生电能。
本文将对染料敏化电池市场现状进行分析，并展望其未来发展前景。
2. 市场规模及增长趋势染料敏化电池市场规模目前还较小，但呈现出快速增长的趋势。
据市场研究数据显示，2019年全球染料敏化电池市场规模约为1亿美元。
预计到2025年，市场规模将达到10亿美元，复合年增长率为20%左右。
3. 市场主要驱动因素染料敏化电池市场的增长主要受到以下因素的驱动：3.1 太阳能发电需求增加随着全球能源需求的不断增长，尤其是对可再生能源的需求，太阳能发电作为一种清洁能源形式受到越来越多的关注。
染料敏化电池作为一种高效、低成本的太阳能电池技术，具有广阔的应用前景，因此受到了市场的追捧。
3.2 技术进步与成本下降近年来，在材料科学、光电子学等领域的技术进步推动了染料敏化电池的性能提升和成本下降，使得其在市场上更具竞争力。
同时，染料敏化电池相对于传统硅基太阳能电池具有较低的制造成本和更高的能量转换效率，这也为其市场增长提供了良好的动力。
4. 市场应用领域分析目前，染料敏化电池主要应用于以下几个领域：4.1 可穿戴设备染料敏化电池具有柔性设计和轻巧特性，非常适合用于可穿戴设备，如智能手表、健康监测设备等。
这些设备通常需要持续的电能供应，染料敏化电池可以通过吸收光能来为其提供电能，满足了这类设备的需求。
4.2 建筑一体化染料敏化电池还可以应用于建筑一体化领域，通过将染料敏化电池板整合到建筑外墙或屋顶材料中，实现建筑的自给自足电能供应。
这种应用方式既能够节约能源，又可以美化建筑外观，因此备受建筑行业的青睐。
4.3 充电设备染料敏化电池还可用于充电设备，如太阳能手机充电器、太阳能行李箱充电器等。
这些充电设备具有绿色环保的特点，可以为人们的移动设备提供便捷的充电服务，同时也减轻了对传统电网的依赖。
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原理
染料敏化太阳能电池的原理染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells，简称DSSCs）是一种新型的光电转换器件，具有高效率、低成本、易制备等优点，因此备受关注。
其工作原理主要包括光吸收、电子传输和电荷注入等过程。
下面将详细介绍染料敏化太阳能电池的原理。
1. 光吸收过程染料敏化太阳能电池的光吸收过程是其工作的第一步。
在DSSCs 中，染料分子起着吸收光子的作用。
染料分子通常吸收可见光范围内的光子，将光子激发至激发态。
常用的染料有吲哚染料、酞菁染料等。
当光子被染料吸收后，染料分子发生跃迁，电子从基态跃迁至激发态。
2. 电子传输过程在光吸收后，染料分子中的电子被激发至激发态，形成激子。
激子在染料分子内部扩散，最终将电子注入到TiO2（二氧化钛）纳米晶体表面。
TiO2作为电子传输的介质，具有良好的导电性和光稳定性，能够有效地传输电子。
3. 电荷注入过程当激子将电子注入到TiO2纳米晶体表面时，电子被注入到TiO2的导带中，形成电子空穴对。
同时，染料分子中失去电子的正离子被还原，形成还原态染料。
在这一过程中，电子从TiO2传输至电解质中，形成电子流，从而产生电流。
而正离子则通过电解质回迁至染料分子，完成电荷平衡。
4. 电子回流过程在DSSCs中，电子传输至电解质后，需要通过外部电路回流至染料分子，以维持电荷平衡。
外部电路中连接有负载，电子在外部电路中流动，产生电流，从而实现光能转化为电能的过程。
电子回流的速率直接影响DSSCs的光电转换效率。
综上所述，染料敏化太阳能电池的工作原理主要包括光吸收、电子传输、电荷注入和电子回流等过程。
通过这些过程，DSSCs能够将太阳能转化为电能，实现光电转换。
随着对染料敏化太阳能电池原理的深入研究，其性能不断提升，为可再生能源领域的发展带来新的希望。
染料敏化太阳能电池研究进展
染料敏化太阳能电池研究进展染料敏化太阳能电池（Dye sensitized solar cells，DSSCs）是一种新型的太阳能电池技术，自它的发明以来，一直受到广泛的研究和关注。
与传统的硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池具有较低的制造成本、较高的转换效率和较好的光电转化性能，因此被认为是太阳能电池领域的一个有潜力的替代品。
本文将介绍染料敏化太阳能电池的结构、工作原理以及相关研究进展。
染料敏化太阳能电池的结构主要包含工作电极、敏化剂、电解液和对电极。
其中，工作电极由导电玻璃、导电膜和透明导电剂组成，敏化剂通常使用染料吸附在导电膜表面。
电解液则用于媒介电子传输，通常由碘离子、碘离子还原剂及其携带体组成。
对电极则由电子传输材料组成。
染料敏化太阳能电池的工作原理是光电效应。
当太阳光照射到敏化剂上时，染料分子中的电子被激发，由导电玻璃传递到导电膜上，然后通过电解液传输至对电极，最终回到敏化剂上。
在电解液中，碘离子被还原为碘离子，充当电子传输的媒介。
通过这种光电效应，太阳能可以转化为电能，实现能源的转换和利用。
染料敏化太阳能电池的研究进展主要包括改进染料的吸光性能、提高电池的光电转化效率和稳定性。
近年来，许多研究人员致力于寻找更高效的敏化剂。
例如，一些研究表明，采用富勒烯作为敏化剂可以提高电池的光电转化效率。
此外，研究人员还尝试使用新型的染料材料，如无机染料、有机无机杂化材料和半导体纳米晶体等，来改善电池的性能。
除此之外，研究人员还试图通过改变电池的结构来提高其性能。
例如，一些研究表明，采用纳米结构的电解液可以提高电池的能量转换效率。
此外，研究人员还对电极材料、导电膜和对电极进行了改进，以提高电池的性能和稳定性。
总之，染料敏化太阳能电池作为一种新兴的太阳能电池技术，具有许多优势和潜力。
虽然目前的研究还面临一些挑战，如提高电池的稳定性和延长寿命，但相信通过不断的努力和创新，染料敏化太阳能电池有望在未来成为一种具有商业化应用前景的太阳能电池技术。
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power (mW)
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Questions
Results
Current vs. Voltage 300 250
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Open circuit voltage: 0.388 V
Analysis: Power
Pow er vs. Voltage 25 20
• Store plate for later use
Procedure: Preparing Anthrocyanin Dye
• Natural dye obtained from green chlorophyll
• Red anthocyanin dye • Crush 5-6 blackberries, raspberries, etc. in 2 mL deionized H2O and filter (can use paper towel and squeeze filter)
Procedure: Measuring the Electrical Output
• • • • • • • Attach the black (-) wire to the TiO2 coated glass Attach the red (+) wire to the counter electrode Measure open circuit voltage and short circuit current with the multimeter. For indoor measurements, can use halogen lamp • Make sure light enters from the TiO2 side
Procedure: Deposition of TiO2 Film
Align two conductive glass plates, placing one upside down while the one to be coated is right side up Tape 1 mm wide strip along edges of both plates Tape 4-5 mm strip along top of plate to be coated Uniformly apply TiO2 suspension to edge of plate 5 microliters per square centimeter Distribute TiO2 over plate surface with stirring rod Dry covered plate for 1 minute in covered petri dish
Measure current-voltage using a 1 kohm potentiometer The center tap and one lead of the potentiometer are both connected to the positive side of the current Connect one multimeter across the solar cell, and one lead of another meter to the negative side and the other lead to the load
Dye sensitized solar cell, the excited dye transfers an electron to the TiO2 and a hole to the electrolyte. In the PN junction in Si solar cell has a built-in electric field that tears apart the electron-hole pair formed when a photon is absorbed in the junction.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Procedure: Assembling the Solar Cell
• • • Place two binder clips on longer edges to hold plates together (DO NOT clip too tight) Place 2-3 drops of iodide electrolyte solution at one edge of plates Alternately open and close each side of solar cell to draw electrolyte solution in and wet TiO2 film
Procedure: Carbon Coating the Counter Electrode
• Apply light carbon film to second SnO2 coated glass plate on conductive side
• Soft pencil lead, graphite rod, or exposure to candle flame
Procedure: Staining TiO2 Film
• Soak TiO2 plate for 10 minutes in anthocyanin dye
• Insure no white TiO2 can be seen on either side of glass, if it is, soak in dye for five more min • Wash film in H2O then ethanol or isopropanol • Wipe away any residue with a kimwipe
• Ensure all of stained area is contacted by electrolyte
• •
Remove excess electrolyte from exposed areas Fasten alligator clips to exposed sides of solar cell
Approximate TiO2 particle size: assume ~25 nm diameter Number of TiO2 units per nanoparticle:
Volume of one nanoparticle = 8.18 * 10^-18 cm3 Density of TiO2 ~ 4 g/cm3 Mass of one nanoparticle = 3.27 * 10^-17 g Molar mass of TiO2 = 79.87 g/mol moles of TiO2 in one nanoparticle = 4.10 * 10^-19 moles 4.10 * 10^-19 moles * 6.022 * 10^23 molecules/mole = 2.48 * 10^5 TiO2 units per nanoparticle Number of nanoparticles per gram = 1/(3.27 * 10^-17) = 3.06 * 10^16 nanoparticles Surface area of one nanoparticle = 1.96 * 10^-15 m2 Surface area per gram = 3.06 * 10^16 nanoparticles/gram * 1.96 * 10^-15 m2/nanoparticle = 60.0 m2/gram
Dye Sensitized Nanocrystalline Photovoltaic Cell
Group 1 – Luke, Matt, and Jeff
Theory
Schematic of Graetzel Cell
Theory
• The adsorbed dye molecule absorbs a photon forming an excited state. [dye*] The excited state of the dye can be thought of as an electron-hole pair (exciton). The excited dye transfers an electron to the semiconducting TiO2 (electron injection). This separates the electron-hole pair leaving the hole on the dye. [dye*+]
Objective
Learn about the photovoltaic effect. Understand the Scherrer formula.
Procedure: TiO2 Suspension
• • • • • Begin with 6g colloidal Degussa P25 TiO2 Incrementaly add 1mL nitric or acetic acid solution (pH 3-4) nine times, while grinding in mortar and pestle Add the 1mL addition of dilute acid solution only after previous mixing creates a uniform, lump-free paste Process takes about 30min and should be done in ventilated hood Let equilibrate at room temperature for 15 minutes