染料敏化太阳能电池概述

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1、在为期三个星期的实习期间，我针对本人的毕业设计题目——染料敏化太阳能电池进行大量的资料查询，包括论文研究的目的与意义、传统太阳能电池与染料敏化太阳能电池的异同、燃料敏化太阳能电池的国内外现状和发展前景等。在这三个星期的实习期中，不仅使我对世界能源的状况有了更深一步的了解，加深了我的能源节约意识，而且对于染料敏化太阳能电池的制作过程有了详细的了解与认识，更是学习到研究者的严谨的逻辑思维，这对于我以后的学习和工作会有极大的帮助。一论文研究目的与意义人类迄今已有400万年的历史，在这期间，人类从学会使用火开始，经过石器、铁器时代，直到近

2、代工业化革命，各种技术发明使人类文明到达了一个前所未有的高度。同时，人类消耗的能源也日益增长，其中煤、石油等是今天主要的能源来源。今天，能源更是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中具有特别重要的战略地位。能源相当于城市的血液，它驱动着城市的运转。现代化程度越高的城市对能源的依赖越强，因为能源在维系以下重要功能：照明、交通、餐饮、供暖、降温、自动化管理系统。能源必然已经成为人类生存与发展的不可或缺的一部分。然而随着世界经济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题逐渐加深，能源供需矛盾日益突出。当前世界能源消费以

3、化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。根据专家预测，按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。与此同时，大规模使用化石燃料至今，环境污染已经到了地球难以承受的程度。工业革命以来，煤炭、石油、天然气、水电、核能与可再生能源等相继大规模地进入了人类活动领域。能源结构的演变推动并反映了世界经济发展和社会进步，同时也极大地影响了全球二氧化碳排放量和全球气候。据气象学家估算，陆地植物每年经光合作用固定

4、的二氧化碳为200亿—300亿吨。上述仅化石能源人为燃烧就产生二氧化碳370亿吨，加上生命呼吸、生物体腐败及火灾等产生的二氧化碳，就严重地超过了绿色植物光合作用吸收转化二氧化碳的量，破坏了自然界的二氧化碳循环平衡，已经开始造成保护地球的臭氧层破坏和其它一些反常现象。面对能源的短缺和化石燃料带来的过度污染使得各国科学家开始纷纷寻找新能源，而太阳是能量的天然来源，地球上每一个活着的生物之所以具有发挥作用的能力,甚至于是它的生存,都是由于直接或间接来自于太阳的能量。太阳能作为一种新能源,它与常规能源相比有三大优点:第一,它是人类可以利用

5、的最丰富的能源。据估计,在过去漫长的11亿年中,太阳消耗了它本身能量的2%,可以说是取之不尽,用之不竭。第二,地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三,太阳能是一种洁净的能源,在开发和利用时,不会产生废渣、废水、废气,也没有噪音,更不会影响生态平衡。面对太阳能的诸多优点，而且在“染料敏化太阳能电池”的研究中涉及到得是狭义上的太阳能，即太阳辐射能的光电、光热和光化学的直接转换，最引人瞩目的是染料敏化太阳能电池相对其他太阳能电池具有巨大的价格优势，据估计

6、，染料敏化太阳能电池的价格仅为硅太阳能电池的1／5～1／10。一旦染料敏化太阳能电池的光电转化效率进一步提高，封装问题、使用寿命问题得到很好的解决，染料敏化太阳能电池很有可能在不远的将来成为一种具有竞争力的商业化产品。因此，燃料敏化太阳能深受全球各界人士的青睐，对其研究也有着极其深远的现实意义。二传统太阳能电池与染料敏化太阳能电池的异同自从1839年法国科学家Becquerel发现光伏效应以来，光电化学研究已经经历了100多年的历史。1954年贝尔实验室的研究人员把PN结引进单品硅，发现了光电现象，并由此开创了硅太阳能电池的研究领

7、域。到20世纪70年代，用于航天领域的硅太阳能电池的光电转化效率已经超过了25％。在硅太阳能电池之后，科学家又先后发展了各种新型的太阳能电池，这些太阳能电池以薄膜太阳能电池为主流，包括硅薄膜型(非晶硅、单晶硅、多晶硅薄膜)，化合物半导体薄膜型(GaAs、InP、CdS、CdTe、CuInGaSn(即CIGS))，有机薄膜型等。最新的权威统计数据表明，单晶硅太阳能电池的光电转化效率已达到24.7％,多晶硅为19.8％,非晶硅为10.1％,CdTe为16.5％,CIGS为18.4％。目前光伏发电市场正是被上述发展较为成熟的太阳能电池所

8、占据。　除了上述已经商业化的太阳能电池以外，科学家们仍在致力于研究新的太阳能电池材料和结构。其中一类染料敏化太阳能电池(Dye—SensitizedSolarCells，简称DSSC)近年来发展迅速。其研究历史可以追溯到20世纪60年代，德国料敏化