染料敏化电池

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1、染料敏化太阳能电池小组成员：王万峰、尹锴、张靖濠、廖承云24目录一、前言……………………………………………………………3二、结构与机理……………………………………………………4三、TiO2薄膜………………………………………………………61、TiO2的催化原理……………………………………82、TiO2的制备…………………………………………103、TiO2的掺杂…………………………………………104、膜的表面修饰………………………………………135、膜的耦合……………………………………………16四、染料敏化剂…………………………………………………16五、电解质……………………………………

2、…………………18六、DSSCs的特点与发展前景…………………………………191、DSSCs的优势……………………………………192、DSSCs的应用前景………………………………203、存在的问题和发展趋势…………………………204、各组成部分的进展………………………………215、技术动态…………………………………………226、应用产品…………………………………………23七、结语…………………………………………………………2524摘要：染料敏化太阳能电池（Namo-CrystallionDye-SensitizedSolarCells，简称DSSCs）是新一代的太阳能电池，其成本相较

3、于传统太阳能电池要低很多，因此有着巨大的应用前景。本文简述了染料敏化电池的发展历程，介绍了其结构和基本原理。对染料敏化电池中的几个重要部分：纳米TIO2半导体薄膜，染料敏化剂、电解质体系等进行了简述，并总结了其各项进展和应用。关键词：染料敏化太阳能电池TiO2薄膜染料敏化剂电解质一、前言能源是世界经济发展的首要问题，当前，许多国家都把发展新能源作为应对金融危机、加快经济复苏的重要举措。我国改善能源结构也必须积极发展可再生能源和新能源，不断提高清洁能源在能源结构中的比重。作为一种“取之不尽、用之不竭”的洁净的天然能源，太阳能成为最有希望的能源之一。目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是

4、硅系太阳能电池，但硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限，其光电转换效率的理论极限值为30%，因此其民用化受到技术性限制，急需开发低成本的太阳能电池。染料敏化太阳能电池价格相对低廉，制作工艺简单，拥有潜在的高光电转换效率，所以极有可能取代传统硅系太阳能电池，成为未来太阳能电池的主导。24上个世纪90年代初，染料敏化太阳能电池初露峥嵘，其光电转换效率达7.1%—7.9%，开创了太阳能电池研究和发展的全新领域。随后Gatzel和同伴开发出了光电能量转换效率达10%—11%的DSSCs。目前，在标准条件下，染料敏化太阳能电池的能量转化效率已达到11.2%。二、结构与原理染料敏化

5、太阳能电池由镀有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),其工作原理如图2所示。当能量低于二氧化钛禁带宽度(E=3。2eV)、且大于染料分子特征吸收波长的入射光照射到电极上时,吸附在电极表面的染料分子中的电子受激跃迁至激发态,然后注入到二氧化钛导带,此时染料分子自身转变为氧化态。注入到二氧化钛导带的电子富集到导电基片上,24并通过外电路流向对电极,形成电流。处于氧化态的染料分子则通过电解质溶液中的电子给体,自身恢复为还原态,使染料分子得到再生。被氧化的电子给体扩散至对电极,在电极表面被还原,从而完成一个光电化学反应循环。具

6、体过程可用下面式子表示其中,D代表基态染料分子,D!为激发态染料分子,D+为氧化态染料分子,X为卤素分子,X-代表卤素阴离子。图液态电解质敏化二氧化钛电池的光电转换原理图在整个过程中,各反应物种总状态不变,光能转化为电能。电池的开路电压取决于二氧化钛的费米能级和电解质中氧化还原可逆电对的能斯特电势之差。由于液态电解质存在的不足,最近出现了用空穴传输材料作为电解质的全固态光电池,其构成如图3所示。24与液态光电池相比,其光电转换原理基本相同,如图4所示,式(5)~(7)为光电转换表示式,其中h+代表空穴。所不同的只是处于氧化态的染料分子通过使自身的空穴注入到空穴传输材料中而恢复为还原态

7、。同样,在整个过程中各种物质表观上没有发生变化,光能转化为电能。电池的开路电压取决于二氧化钛的费米能级和空穴传输材料的HOMO能级之差。染料敏化太阳能电池的光电转化效率可通过提高电池的短路电流和开路电压来实现,其中纳米二氧化钛膜的性质、敏化剂的性质、电解质的组成等对此类电池的性能也有较为显著的影响。DSCCs的工作原理类似于自然界的光合作用,与传统硅电池不同。它对光的吸收主要通过染料来实现,而电荷的分离传输则是通过动力学反应速率来控制。电荷在半导体中的运输