染料敏化太阳能电池课件.ppt

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1、染料敏化太阳能电池Dyesensitizedsolarcell主要类容DSSC的提出背景及发展历程DSSC转化效率的主要参数DSSC的优缺点和硅电池比较DSSC的制作原理及工艺流程DSSC的技术现状和效率分析DSSC的应用领域和发展前景1、DSSC的提出背景及发展历程提出背景1960年代，H.Gerischer，H.Tributsch，Meier及R.Memming发现染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的现象，成为光电化学电池的重要基础。20世纪70年代发展起来的硅，砷化镓窄禁带半导体等高效光伏电池效率基本上大于18%，

2、但窄禁带半导体具有严重的光腐蚀现象，需要高纯度的半导体晶体。成本昂贵，难以大面积推广和多领域使用。TiO2等宽禁带半导体具有较高的光、热稳定性，具有更强的使用范围。同时价格低廉，制作成本较低一次性能源枯竭，环境恶化。可再生能源成为现在的主流，DSSC相对更加清洁。1、DSSC的提出背景及发展历程发展历程1970年起，R.Memming，H.Gerischer，Hauffe，H.Tributsh等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间光敏化作用，研究主要集中在平板电极上，这类电极只有表面吸附单层染料，光电转换效率小于1%。

3、1993年,GratzelM.等人再次研制出光电转换效率达10%的染料敏化太阳能电池,已接近传统的硅光伏电池的水平。2002年,STA建立了迄今为止独一无二的面积为200m2DSC显示屋顶,使用含有离子液态聚合物凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电转换效率可达5.3%。目前DSSC的光电转化效率已能稳定在10%以上，据推算寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10。2.DSSC的制作原理及工艺流程DSSC结构半导体材料光阳极对电极电解质染料2.DSSC的制作原理及工艺流程DSSC工作原理

4、⑤导带中的电子在纳米晶网络中传输到后接触面(backcontact，BC)后而流入到外电路中：e-(CB)→e-(BC)⑥纳米晶膜中传输的电子与进入TiO2膜的孔中的I3-离子复合：I3-+2e-(CB)→3I-，⑦I3-离子扩散到对电极上得到电子使I-离子再生：I3-+2e-(CE)→3I-，①染料(S)受光激发由基态跃迁到激发态（S*）：S+hυ→S*②激发态染料分子将电子注入到半导体的导带中：S*→S++e-(CB)③I-离子还原氧化态染料可以使染料再生：3I-+2S+→I3-+2S，④导带中的电子与氧化态染料之间的复合

5、：S++e-(CB)→S，2.DSSC的制作原理及工艺流程DSSC工艺流程1、电池导电基底的选取采用氧化铟锡（俗称ITO）导电玻璃，它是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层ITO膜加工制作成的2、光阳极的制备将制备好的TIO2纳米管，采用匀胶机涂抹在导电玻璃的固定区域，然后在扩散炉中用450℃退火30min。退火后用染料敏化24小时后用N2吹干，避光储存。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

6、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100μm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TiO2纳米管制作模板合成法模板法是利用模板的形态结构，通过沉积和分解作用来合成与模板具有类似结构的材料，是制备一维纳米材料的常用方法；阳极氧化法：将

7、纯钛片置于电解溶液(如HF、NH4F–(NH4)2SO4或Na2SO4–NaF的混合液)中，经阳极腐蚀而获得不同形貌、不同晶化度的TiO2纳米管。2.DSSC的制作原理及工艺流程TiO2纳米管制作水热法制备二氧化钛纳米管：将TiO2纳米粒子与强碱溶液放在一个密闭的反应容器中,通过对反应容器加热,创造一个高温、高压反应环境制备TiO2纳米管的方法2.DSSC的制作原理及工艺流程化学法（银镜镜反应）在碱性条件下与AgNO3的葡萄糖,得到表面载Ag的二氧化钛纳米管(Ag/TiO2)银镜反应方程式：CH2OH-CHOH-CHOH-CH

8、OH-CHOH-CHO+2[Ag(NH3)2]OHCH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O光化学沉积：在AgNO3溶液中TiO2纳米管在紫外光照射下，将Ag+离子还原为Ag单质，并沉积在TiO2纳米管表面Ag/TiO2纳米管