染料敏化太阳能电池中聚苯胺对电极的制备和性能分析

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1、第一章绪论1．1光伏发电的意义弟一早硒记随着现代经济的不断发展，人类所面临的能源危机和环境恶化时刻威胁着我们的生存，影响着我们的生活质量和品质，因此改变现有的能源结构、发展可持续发展的绿色能源已经成为世界关注的焦点。太阳能作为可再生能源之一，具有取之不尽、用之不竭、安全无污染等优点。在太阳能的利用中，除了利用其光热之外，最丰要的思路是太阳能发电。当前主要包括两大方面：光热发电和光伏发电。其中光热发电，受地域限制，需要接受高的直接辐射太阳能才有价值：而光伏产品是以电池板组件形式，它既可以转换太阳的直接辐射能，也可以相同的转换效率利用太⋯能的漫反射，它可以在地球L任何有阳光的地方，除受白天黑夜的时

2、间限制外，不受地域的限制。光伏产生的电力，与现代人们广泛使用的电力形式相匹配。光伏产生的电力可以给居住在边远lIJ区上的用户、远离陆地的海岛渔民、驻守在海拔千米高山上的边防军带去电力。在用电高峰fI寸期，同样能为城市家庭补充生活用电。光伏发电以其安全可靠，使用灵活方便、不受地域限制等优点，成为人们生活需要和事业发展的新能源¨1。太阳能电池的发展从19世纪30年代开始发展，目前已经经历了半个世纪。近些年来由_】：环境污染和能源危机，光伏产业越来越受到了人们的重视，并取得了高速的发展。1．2太阳能电池的种类太阳能电池是一种将光能转换为电能的光伏发电器件，是当某种结构的半导体器件受到光照射时产生直流

3、电压(或电流)，当光照停Ij二后，电压(或电流)则立即消失的现象。它是利用半导体材料吸收光能后发生的光电子转移反应而进行工作的。根据材料的不同，太阳能电池大致可分为：晶体硅太阳能电池、高效III—V族化合物太阳能电池、硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池等¨1。晶体硅太阳能电池、高效⋯．V族化合物太阳电池、硅基薄膜太阳电池和铜铟镓硒薄膜太阳电池由于有制备工艺复杂，所用材料昂贵或材料为稀有元素，或者使用寿命较短等原因，使人们越来越多地关注染料敏化太阳能电池，自从1991年瑞二亡洛桑高等j1：学院Gr￡itzel教授在纳米晶染料敏化太阳能电池领域取得突破

4、天津二【_：业人学顺L学位论文性进展以来，染料敏化太阳能电池(Dye．SensitizedSolarCell，DSSCs)作为一种新型的光电化学电池以其光电转换效率高、成本低廉、制作工艺要求简单等优点，引起了学术界和工业界的广‘泛重视‘21。1．3染料敏化太IsB电池的概述DSSCs的工作原理主要是模仿了绿色植物的光合作用，把太阳能转化成实用的能源。DSSCs的优点为原材料廉价丰富、制作工艺简单、所用原料环保无污染，在利用新能源的同时又对环境的保护有重要意义；可设计性强，可以制成透明的或者各种颜色，应用到屋顶、汽车、窗户等；光的利用率高，工作温度范围宽，工作温度可高达70℃。所以DSSCs的研

5、究和发展越来越受到人Jff]f10关注。1．3．1染料敏化太阳能电池的发展l9世纪早期，染料敏化太⋯能技术第一次出现在照相术中。l837年，Daguerre制作出了第一张照片。l839年，FoxTalbot将卤化银材料用于其强片制作巾，但是卤化银较大的禁带宽度无法对长波可见光响应，因此得到的照片的质量没有得到明显改善。直到l883年，Vogel发现的有机染料能使卤化银乳状液对更长的波长响应，这是首次对染料的敏化效应进行的报道。四年后，Moser将Vogel发现的这种染料敏化效应应用到卤化银电极上，进而将染料敏化的概念延伸到了光电化学领域。直到20世纪60年代，德国的Tributsch发现了吸附

6、染料的半导体材料在一定条件下能产生电流，才使人们认识到光照下电子从染料的基态跃迁到激发态，然后注入半导体的导带的光电子转移是产生上述现象的原因p1。上述现象的发现为光电化学电池的研究奠定了基础。之后的一段时间里，人们通过制备分散的颗粒或增大电极表面积来增加染料的吸附量，但一直没有取得理想的效果一1。1991年，}嵩士洛桑高等工学院Gr螽tzel教授以纳米多孔Ti02为半导体电极，Ru络合物作为敏化染料，用l一／13一为氧化还原电解质，制作了一种新型的染料敏化纳米晶薄膜电池，获得了7．1％的电池转换效率，这利-电池的制备工艺和较高的理论光电转换效率，引起了学术界和T业界的广泛重视¨1。2001年

7、GNitzel教授的课题组将液态染料敏化太阳能电池效率提高到10．4％，到2004年提高到11．04％，目前该利，电池的最高转换效率已达到12％以h能够与非晶硅太阳能电池的效率相媲美卜’’⋯。到目前为止DSSCs以其原料丰富，成本低廉，制备工艺简单，越来越受到人们的重视。第一章绪论1．3．2染料敏化太阳能电池的结构和工作原理DSSCs的工作原理与光合作用相似，通过植物中的叶绿素，利用光能，把二氧化