染料敏化太阳能电池毕业设计.doc

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1、目录 摘 要染料敏化太阳能电池是目前太阳能电池研究的重要方向之一，因其工艺简单，成本低引起了各国科学家的广泛兴趣。本论文选用天然植物为原料，提取其中的天然色素制备染料敏化太阳能电池。详细介绍了染料敏化太阳能电池的设计及制备过程，并测出它的开路电压和短路电流，研究它的电学特性并分析影响它电学特性的因素。关键字：太阳能 DSSC 天然染料 新能源 ABSTRACT Dye sensitized solar cell is one of the important direction of the current solar cell research, because of its simple

2、process, low cost has attracted wideinterest of scientists. This paper selects the natural plant as raw material, extracting the natural pigment, preparation of dye sensitized solar cell. Details of the dye sensitized solar cell design and preparation process, and to test the open circuit voltage an

3、d short circuit current of the electrical properties of it, and it analysis of the influencing factors of its electrical characteristics. Key Words:Solar energy DSSC Natural dyes New energy 目 录第1章 课题整体框架11.1 课题任务11.2 课题要求11.3研究意义1第2章设计方案22.1染料敏化太阳能电池的概述22.1.2 染料敏化太阳能电池的发展22.1.2 性能术语及基本概念32.1.2.1 -曲线

4、32.1.2.2开路电压32.1.2.3 短路电流32.1.2.4填充因子32.1.3 染料敏化太阳能电池工作原理42.2 材料和仪器部分42.2.1 材料52.2.2仪器52.3 设计过程52.3.1 光阳极的制备52.3.1.1二氧化钛薄膜52.3.1.2 二氧化钛薄膜光阳极的制备52.3.2 天然染料的提取过程72.3.2.1 染料的要求72.3.2.2染料的提取92.3.3 对电极的制备122.3.4 电解液122.3.4.1 液态电解质系统132.3.4.2溶胶-凝胶（准固态）电解质系统132.3.4.3 全固态电解质系统142.3.4.4 电解液的制备142.3.5 电池的组装14

5、2.3.5.1 染色142.3.5.2 电池组装142.3.6 染料敏化太阳能电池的电学性能测试14第3章 调试与实现173.1 实现功能描述173.2 实验结果分析173.3 设计中的重点难点183.3.1 设计中的重点183.3.2 设计中的难点183.4 解决方案183.5 实现展示19第4章 总结20V第1章 课题整体框架参考文献21第1章 课题整体框架1.1 课题任务1、用溶胶-凝胶法制备纳米薄膜；2、选择并提取天然染料；3、设计并制作染料敏化太阳能电池；4、测出其开路电压及短路电流等数据，分析DSSC性能及影响因素。1.2 课题要求1、掌握DSSC光电转换原理；2、熟悉染料敏化太阳

6、能电池的制作工艺；3、设计的DSSC能测出其开路电压及短路电流；4、通过设计过程，学会分析影响DSSC光电转换效率的因素。1.3研究意义能源和环境是实现社会经济可持续发展的关键因素，是近十几年来世界关注的焦点。随着世界经济的不断发展，对能源的需求越来越多，不可再生能源面临着枯竭。新能源开发成为各国政府首要解决的问题。在各种可再生能源(风能、水能、太阳能等)中，太阳能由于具有清洁、使用安全、取之不尽、利用成本低且不受地理条件限制等优点，而备受青睐。当前太阳能的利用主要以光热转换、光电转换以及光化学能转换为主。其中光电转换也就是太阳能电池是太阳能利用研究的热点之一。太阳能电池是根据光生伏特效应制成

7、的光电转换器件。到目前为止，基于半导体硅及无机半导体化合物的太阳能电池光电转换效率是最高的。但长期以来，复杂的制作工艺和昂贵的成本限制了它们的发展和应用。所以近年来各国科学家正展开对新型太阳能电池的研究。相对于传统太阳能电池，染料敏化太阳能电池制备工艺相对简单，成本低廉，原材料广，并且无污染，因此，染料敏化太阳能电池是现在研究新型太阳能电池的重点研究方向之一。通过本次毕设，不仅了解了染料敏化太阳能电池的工作原理及工艺，还自己动手制备，使得自己对染料敏化太阳能电池有了更深入的了解，并且通过对所制备的样品进行测试，深入分析其光电特性。 23电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 第2章设计方案2.1

8、染料敏化太阳能电池的概述2.1.2 染料敏化太阳能电池的发展早在160多年前，法国科学家Becquerel 首次观察到用氧化铜或卤化银涂在金属电极上会产生光电现象【1】。1873年，德国光电化学家Hemnan Vogel教授发现用染料处理的卤化银可以大大扩展其对可见光的反应能力，甚至可扩展到红光和红外光【2】。1887年，Moser 在卤化银电极上涂上赤藓红(erythrosine)染料进一步证实了光电现象【2】。20世纪60年代，这一领域的研究达到高潮，德国的H.Gerischer H.Tributsch Meier及R.Memming得出染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的机理, 成

9、为光电化学电池的重要基础2。1972年，Fujishima 和 Hondas 首次将半导体TiO2作为电极光解水获得成功以来，TiO2在太阳能电池方面的应用开始受到了人们的关注。但由于TiO2是宽带隙半导体，带隙宽度为3.2eV，因而光谱响应范围很窄，光电转换效率很低【2】。20世纪80年代，光电转换研究的重点转向人工模拟光合作用，美国州立Arizona大学的Gust和Moore研究小组成功模拟了光合作用中光电子转换过程，并取得了一定的成绩。大自然光合作用中的光电转换给了人们很大的启示，叶绿体色素在光电转换中扮演着重要的角色。于是，人们就想到用光敏染料来敏化TiO2半导体，利用染料对可见光的敏

10、感性，来拓宽TiO2的光谱响应范围【2】。 20世纪70年代到90年代，R.Memming等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间的光敏化作用，研究主要集中在平板电极上，这类电极表面吸附了单层染料，有效地拓宽了半导体的光谱响应范围。但单层染料分子对光的捕获率非常低。后来，人们试图采用多层染料分子以提高光的捕获率，但未获得进展，原因在于多层染料分子对电子来说是一个绝缘体，阻碍了电子的传输。1991年，瑞士洛桑高等工业学院(EPFL)的MichaelGrtzel教授领导的研究小组率先取得了突破性进展。他们用廉价的宽带隙氧化物半导体TiO2制备成具有多孔结构、高比表面积的纳米晶薄膜，薄膜上吸附大

11、量羧酸-联吡啶Ru(II)的配合物的敏化染料，并选用含I-/I3-氧化还原电对的低挥发性盐作为电解质，研制成一种称为染料敏化纳米晶太阳能电池。在模拟太阳光(AM1.5)下，得到了约为7.1%7.9%的光电转换效率。1993年达到了10% , 2003年达到了10.58%, 2004年和2005年，光电转换效率分别达到了11.04%和11.18%，其转换效率可与传统的非晶硅光伏电池媲美。染料敏化太阳能电池在提高太阳能光伏电池性能和实用化方面，是目前最具潜力的一类。与传统的PN结硅光伏电池相比，染料敏化太阳能电池具有以下一些优势： 寿命长：使用寿命可达15-20年； 结构简单、易于制造，生产工艺简

12、单，易于大规模工业化生产； 制备电池耗能较少，能源回收周期短； 生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/51/10。生产过程中无毒无污染。 另外，还可设计成各种形状的太阳能电池使之多样化。总之染料敏化纳米晶太阳能电池有着十分广阔的产业化前景，是具有相当广泛应用前景的新型太阳电池。相信在不久的将来，染料敏化太阳电池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。2.1.2 性能术语及基本概念2.1.2.1 -曲线太阳能电池的输出特性我们可以用I-V曲线来表示。由I-V曲线可以得到描述太阳能电池的四个重要的输出参数：开路电压、短路电流、填充因子和光电转换效率

13、。2.1.2.2开路电压在一定的温度和光辐照度条件下，太阳能电池在开路（空载）情况下的端电压，也就是伏安特性曲线与横坐标的交点所对应的电压，通常用来表示。2.1.2.3 短路电流在一定的温度和光辐照度条件下，太阳能电池在端电压为零时的输出电流，也就是伏安特性曲线与纵坐标的交点所对应的电流，通常用来表示。太阳能电池的短路电流与太阳能电池的面积大小有关，面积越大，越大。2.1.2.4填充因子填充因子是表征太阳能电池性能优劣的一个重要参数，定义为太阳能电池的最大功率与开路电压和短路电流之比，通常用表示。太阳能电池的串联电阻越小，旁路电阻越大，则填充因子越大，该电池的伏安特性曲线所包围的面积也越大，表

14、示伏安特性曲线接近于正方形，这就意味着该太阳能电池的最大输出功率越接近于所能达到的极限输出功率，因而光电性能越好。2.1.3 染料敏化太阳能电池工作原理太阳光照在半导体pn结上，当能量不低于半导体的禁带宽度时，电子受激跃迁到激发态，形成电子空穴对，进而在pn结内形成内建电场；在该电场的作用下光生空穴由n区流向p区，光生电子由p区流向n区，在外电路作用下形成电流。这就是传统的太阳能电池的工作原理。而为了避免电子-空穴对的复合，半导体缺陷或者半导体掺杂浓度需要非常严格的控制，这使得这项技术的难度大大增加。不仅如此，传统的太阳能电池只有不低于半导体材料的禁带宽度的能量才可以被利用，而一些半导体的禁带

15、宽度较大，需要吸收紫外区的能量方能形成电子-空穴对，这就使得太阳能的利用率不高。与传统的太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池的原理类似于自然界植物的光合作用，它对光的吸收是通过染料来实现的，它能将低于半导体材料的禁带宽度的能量也利用起来：当能量低于半导体材料的禁带宽度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，然后染料分子中激发态的电子注入到半导体材料的导带中，此时染料分子由于失去电子转变为氧化态。注入半导体倒带的电子被收集到导电基片，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给体电子，自身恢复回还原态，染料

16、分子得以再生，这使得染料分子能够循环利用；同时，被氧化的电子给体扩散至对电极，在电极表面得到电子而被还原，从而完成一个光电化学反应循环。可见，染料敏化太阳能电池主要是依靠染料分子中电子跃迁以及电解质的氧化还原过程来实现电荷的分离和传输，从而达到供电的作用。总的说来，在染料敏化太阳能电池中，光能被直接转换成了电能，电池内部并没有发生净的化学变化。一般认为，染料敏化太阳能电池的开路电压取决于纳米半导体的费米能级和电解质氧化还原电对能斯特能级之差【3】。传统的硅光伏电池依靠的是物理光电效应，而染料敏化太阳能电池则是通过光化学过程来实现光电转换，使太阳电池的光电转换材料不再局限于制备过程复杂、价格昂贵

17、的高纯无机半导体材料。与传统PN结太阳电池相比，DSSC的最大特点是其光吸收和电荷分离传输分别由不同的物质完成，光吸收是靠吸附在纳米半导体表面的染料来完成，而半导体仅起电荷分离和传输载体的作用。DSSC的最大优势是电荷传输是靠多数载流子来实现电荷传导，不存在传统PN结太阳电池中少数载流子和电荷传输材料表面复合等问题，因而其制备过程简单，对环境要求不高。2.2 材料和仪器部分2.2.1 材料天然植物材料：非洲菊，菊科，(英文名:Gerbera、Barberton daisy 等)，别名为太阳花、猩猩菊、日头花等，是多年生草本植物。全株具细毛，多数叶为基生，羽状浅裂，头状花序单生，通常四季有花，以

18、春秋两季最盛。其他材料:2MHClKI；碘；无水乙醇；冰醋酸；TiO2粉末；ITO透明导电玻璃；丙酮；乙酰丙酮；矿泉水；2B铅笔。2.2.2仪器实验器材：小夹子；烘箱；烧杯；容量瓶；恒温箱；电吹风；玻璃研钵；玻璃棒；量筒；滤纸；漏斗；透明胶带；托盘天平；石蜡；滴管；白纸；保鲜膜；万用表。2.3 设计过程2.3.1 光阳极的制备2.3.1.1二氧化钛薄膜染料敏化太阳能电池的核心部分是纳米晶多孔膜半导体电极或光阳极。光阳极通常都是由纳米TiO2多孔半导体薄膜组成。TiO2是一种价格便宜、运用广泛、无毒、稳定性好且抗腐蚀性强的物质。TiO2多孔具有很高的内部比表面积，由于采用了高比表面积的多孔膜，可

19、提高了染料分子对可见光吸收效率。除了TiO2之外，适合用于光阳极的材料还有ZnO、Nb2O5等。一般认为，多孔膜应具备以下特点：大的比表面积和粗糙因子；纳米颗粒间的相互连接构成了海绵状的电极结构，使纳米晶之间有很好的点接触，载流子可以容易地通过多孔网络，保证了大面积表面的导电性；氧化还原对渗透到整个纳米晶多孔膜电极，使被氧化的染料分子能有效地再生；纳米晶半导体和其吸附的染料分子之间的界面电子转移是快速有效的；对电极施加负偏压，在纳米晶表面能够形成聚焦层，对于本征和掺杂半导体而言，在正偏压的作用下，不能形成耗尽层【4】。2.3.1.2 二氧化钛薄膜光阳极的制备用托盘天平称取1gTiO2粉末放到研

20、钵中，再加入10ml丙酮，0.05ml乙酰丙酮、2ml蒸馏水，0.25ml醋酸并不断研磨，使其充分分散；用万用表检测导电玻璃的导电面，并在不导电面上做好记号，以免记错，用水清洗导电玻璃，再用丙酮清洗，然后再用水清洗一次，然后将导电玻璃导电面朝上放在桌子上，用透明交带粘住玻璃的两边，使其固定于桌面上不动，滴适量TiO2溶浆在上边，用清洁的玻璃棒轻轻慢慢的滚动使膜均匀铺开；轻轻撕掉两边的胶带，将其放入烘箱中烘干（图2-1），再将其取出并放入恒温箱（图2-2），升温至300保温半小时，自然冷却后取出。 图2-1 烘箱烘干二氧化钛薄膜 图2-2 用恒温箱加热形成致密纳米孔2.3.2 天然染料的提取过程

21、2.3.2.1 染料的要求染料分子是染料敏化太阳能电池的光俘获天线，它的性能直接决定了电池的光电转换效率。一般能够运用于染料敏化太阳能电池的染料应具备以下几个条件：具有很宽的吸收带，可以吸收尽可能多的太阳；具有长期的稳定性，能经得起无数次的激发-氧化-还原过程；有很好的吸附性，既能够快速达到吸收平衡，又不易脱落；足够负的激发态氧化还原电势，以保证染料激发态电子注入二氧化钛导带；激发态寿命足够长且有高的电荷传输效率；基态的染料敏化剂不与溶液中的氧化还原对发生作用；在氧化还原过程中势垒相对较低，以便在初级和次级电子转移中的自由能损失最小。目前，研究中使用的染料敏化剂主要分为两类：金属配合物染料敏化

22、剂和纯有机染料敏化剂。前者主要集中在钌、锇类的金属多吡啶配合物、金属卟啉、酞菁、无机量子点等，其结构中都含有金属原子或离子；后者的结构中则不含有金属原子或离子，主要包括了合成染料和天然染料。 金属配合物染料吸收可见光后产生金属到配体的电子跃迁，并将电子注入半导体导带中。常见的金属配合物敏化剂有联吡啶钌配合物、卟啉配合物和酞菁配合物等，后者是通过分子内的电子跃迁将电子注入半导体的导带中。金属配合物是研究最多、应用最广泛的一类敏化剂，主要包括羧酸联吡啶钌配合物、膦酸多吡啶钌染料、卟啉类配合物和酞菁类配合物。 羧酸联吡啶钌配合物。这是一类优良的宽禁带半导体材料，是目前运用最多的一类配合物。其突出特点

23、是具有非常高的化学稳定性、突出的氧化还原性和良好的可见光光谱响应特性。 膦酸多吡啶钌染料。虽然膦酸多吡啶钌染料具有许多优点，但其在pH值大于5的水溶液中容易从纳米半导体的表面脱附。而膦酸多吡啶钌配合物的最大特性是在较高的pH下也不易脱落。研究表明，膦酸作为吸附基团的染料即使暴露在pH值为09的水溶液中也不会脱附。 多核联吡啶钌染料。多核联吡啶钌染料是通过桥键把不同种类联吡啶钌的金属中心连接起来的含有多个金属原子的配合物。它的优点是可以通过选择不同的配体，逐渐改变染料的基态和激发态的性质，从而与太阳的光谱更好地匹配，增加对太阳光的吸收效率。纯有机染料不含金属，包括香豆素、半花菁、卟啉、类胡萝卜素

24、、花菁素、叶绿素等。早期人们对染料敏化的研究也是从有机染料开始的。有机染料作为染料敏化太阳能电池的光敏剂有以下优势：吸收系数比金属配合物高得多，吸收可见光的能力更强；结构的多样性使分子设计成为可能，引入不同的取代基可以很容易地对吸收光谱进行调整；不使用贵金属，可以降低成本增加：你选择的染料属于哪种，分子结构是什么，有什么特性等内容。相当于你在告诉读者你为什么会选择这种植物做染料。本设计使用的染料主要是纯有机染料类胡萝卜素，类胡萝卜素（carotenoid）：不溶于水而溶于有机溶剂。叶绿体中的类胡萝卜素含有两种色素，即胡萝卜素（carotene）和叶黄素（lutein），前者呈橙黄色，后者呈黄色

25、。功能为吸收和传递光能，保护叶绿素。图2-3为-胡萝卜素和叶黄素的结构式 图 2-3 -胡萝卜素和叶黄素的结构式2.3.2.2染料的提取 用自来水把采摘来的非洲菊反复冲洗干净，放到白纸上（图2-4），自然晾干，为了能干得更快些，把花瓣儿摘下来放在白纸上晾干（图2-5）； 图2-4 洗净的非洲菊 图2-5 非洲菊的花瓣 把晾干的花瓣儿经无水乙醇洗涤，去除花瓣上的水，放入研钵中磨碎后放到烧杯中，将2mol/L的HCL稀释为0.1mol/L,然后加入适量的稀释为0.1M的HCL浸泡并用保鲜膜封住（图 2-6），然后把烧杯放在一个黑暗的地方，避免光照； 图2-6 浸泡磨碎的洗净非洲菊花瓣 24小时后，

26、将浸泡磨碎花瓣的烧杯取出，准备好过滤工具漏斗、滤纸、容量瓶、烧杯，先将漏斗放在洗净的容量瓶上，再将折好的滤纸放到漏斗里放好，用玻璃棒引流，过滤提取天然色素（图2-7）是这样的吗？。 图2-7 提取天然色素2.3.3 对电极的制备在DSSC中，还原反应发生在电解质与对电极之间的接触面上，对电极作为电池的正极，它的作用是：收集和传输电子；吸附并催化-，并把从工作电极透过的光反射回光阳极膜，提高太阳光的利用率。 电极对的制备一般用铂和碳两种物质。虽然用铂作对电极，会获得较高的光电转换效率，但是铂是贵重金属，大量使用会增加成本。而石墨碳不但具有很高的催化活性和导电性，而且成本低，制备工艺简单。所以本次

27、设计所采用的电极为碳对电极。 用万用表检测导电玻璃的导电面，用水清洗导电玻璃，再用丙酮清洗，然后再用清水清洗一次，然后放于干净的纸上晾干，再用2B铅笔在洗净晾干的导电玻璃导电面上涂层乌黑光亮的碳膜。2.3.4 电解液 电解质体系的主要功能除了复原染料和传输电荷外，还可以改变二氧化钛、染料及氧化还原对的能级，改变体系的热力学和动力学特性，对光电压影响大。根据目前染料敏化太阳能电池的研究发展情况和结构不同，可以将其分为三类：液态电解质电池、溶胶-凝胶（准固态）电解质电池和固态电解质电池，这三种电池的阳极都采用纳米多孔TiO2半导体薄膜。这三种电池的主要区别在于电池中电解质的不同。2.3.4.1 液

28、态电解质系统 液态电解质由于其扩散速度快，电池的光电转换效率高，组成成分易于设计和调节且纳米多孔膜的渗透性好而一直被广泛研究。该系统由三个部分组成：有机溶剂、氧化还原对和添加剂。根据它溶剂的不同，可以分为有机溶剂电解质和离子液体电解质两种。 虽然液态电解质作为空穴传输材料有着来源广泛、易于调节等优点，但液态电解质采用液态有机小分子化合物溶剂，其沸点低、易挥发、流动性大，因而在实践中存在许多难以克服的缺陷：（1）电解质流动大，密封工艺复杂且密封剂可能与电解质反应；（2)高温下溶剂易挥发且易导致敏化染料的脱附和降解；（3）载流子迁移速度慢，且在强光下光电流不稳定；（4）除了氧化还原循环反应外，电解

29、质还存在不可逆反应，降低了光电转换效率。这些原因，都导致电池的不稳定和使用寿命的缩短。所以为了解决这些问题，科学家们致力于研究用准固态、全固态电解质取代液态电解质作为空穴传输材料制备染料敏化太阳能电池。2.3.4.2溶胶-凝胶（准固态）电解质系统准固态电解质是染料敏化太阳能电池应用中未来发展的另一个方向。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。准固态电解质按照胶凝前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电解质。根据胶凝剂的不同，则分为有机小分子胶凝剂、聚合物胶凝剂和纳米粒子胶凝剂。准固态电解质近年来

30、发展很快，人们开发出不同的胶凝体系。目前，基于凝胶电解质的太阳电池的效率已经达到了7.0 %【6】。基于离子液体介质的染料敏化太阳能电池电解质溶液的胶凝，与有机溶剂电解质溶液的胶凝相似，可以采用有机小分子和聚合物来胶凝。离子液体电解质胶凝前后电池性能参数基本不变，可以有效地防止电解质的泄漏和挥发，是值得关注的研究方向。虽然I2与I-形成了I3- ，其挥发性大为降低，但它的长期挥发性还有待进一步关注。2.3.4.3 全固态电解质系统由于准固态电解质仍存在稳定性的问题，因此，目前对染料敏化太阳能电池用固态电解质的研究十分活跃，研究得较多的是有机空穴传输材料、导电聚合物和无机p型半导体材料。 在这次

31、设计中，我选用的是准固态电解液，虽然I3-会挥发，但是准固态电解液是基于离子液体介质的胶凝，可以有效防止电解质泄露和挥发。2.3.4.4 电解液的制备将KI和I2加入到准备好的PC试剂中，并用洗净晾干的玻璃棒不停的搅拌。2.3.5 电池的组装2.3.5.1 染色将自然冷却的二氧化钛薄膜浸泡在提取出来的天然色素中，液面要完全覆盖住二氧化钛薄膜，用保鲜膜封住烧杯口，并将其放置于黑暗处，避免光照。2.3.5.2 电池组装取出二氧化钛薄膜，用无水乙醇洗去未被吸附的染料，吹干，然后将两块导电玻璃错开覆盖，用胶带固定住，并在两侧用夹子夹紧，用毛细作用，用滴管取配制好的电解液从侧边滴入，使电解液充满，用石蜡

32、封装，避免电解液的流出。2.3.6 染料敏化太阳能电池的电学性能测试将万用表调至mV刻度处，并将万用表的两端接在制作好的染料敏化太阳能电池的电极处，即之前胶带粘附玻璃后的留白处。把电池放置于太阳光下，测得其开路电压，电压值为207.7mV。再将万用表的测量单位调至mA处，测出其短路电流为0.01mA。如图2-6，图2-7所示： 图 2-7 开路电压 图2-8 短路电流 第3章 调试与实现 第3章 调试与实现3.1 实现功能描述 本设计所制备的染料敏化太阳能电池样品最终实现的功能：将制备好的染料敏化太阳能电池样品放置于阳光下，并将万用表接在它两端的电极上，能测出它的开路电压和短路电流，并且数据会

33、随着光照强度变化。3.2 实验结果分析由于做实验这几天天气不是很好，阳光不足。在中午的时候，把我们组完成的所有染料敏化太阳能电池拿到室外，用万用表测试出样品染料敏化太阳能电池的短路电流和开路电压。表3-1为用非洲菊为原材料所制备的样品所测数据： 表3-1测试数据 所选材料 测试环境 开路电压（） 短路电流() 非洲菊中午，室外，阴天 207.7 0.01 根据结果分析光电转换率低的原因有以下几种:1. 所选用的原材料不够新鲜，色素中的类胡萝卜素减少，导致俘获电子能力下降，开路电压和短路电流都会减少；2. 制作二氧化钛薄膜时恒温箱温度不够，导致纳米孔不够细密，吸附能力不够强；3. 在配制电解液时

34、，由于没有磁力搅拌器，我们就只有用人工搅拌，所以可能溶解的不是很完全，所以浓度不够，降低了电荷传输能力，导致光电转换率的减小；4.太阳光强度不够，所以产生的电子空穴对少，因此开路电压和短路电流都会减少。 本次试验，我们不仅测试了自己选用的原材料制备的样品，还测试的大家的样品，并进行了比较。表3-2为其它几种原材料做成的样品所测得的数据： 表3-2 测试结果 所 选 材 料 测 试 环 境 开 路 电 压 短 路 电 流紫背菜中午，室外，阴天350mV0.03mA桑葚中午，室外，阴天242mV0.01mA蓝莓中午，室外，阴天16mV0.01mA葡萄中午，室外，阴天220mV0.01mA紫甘蓝中午

35、，室外，阴天307mV0.01mA菠菜中午，室外，阴天120mV0mA山茶花中午，室外，阴天229mV0.01mA非洲菊中午，室外，阴天207.7mV0.01mA 本次设计中用非洲菊所做的样品所测试出来的数据是：开路电压为207.7mV，短路电流为0.01mA。根据所得数据总结分析:通过采用天然染料的方法制备染料敏化太阳能电池，由此可大大降低染料敏化太阳能电池的制造成本，简化制备的过程。由于在本次设计中采用的非洲菊不够新鲜，里边的叶绿素减少，敏化剂浓度减小，导致形成电子空穴对减少，降低了光电转换效率。通过大家的数据比较发现，由紫背菜中提取的叶绿素类天然染料表现出好的光电性能。其中在各个色素中，

36、花青素的转化效率最高,但在应用到染料敏化太阳能电池后获得的光电性能较低。而用类胡萝卜素所制备的样品，虽然提取的染料不够纯，但是光电转换效率也还客观。由天然色素做为敏化染料的来源是一种简便的制备具有低成本、环境友好的染料敏化太阳能电池的新途径。 利用天然染料制作的太阳能电池，成本低，制备简单，能够满足一般的实验， 但是也有它的局限性，天然染料产生的电压和电流不是很高，染料不容易保 持稳定的状态，对结果有影响，所以就要对染料进行处理让其相对的稳定。3.3 设计中的重点难点 3.3.1 设计中的重点在本次实验中应该注意的有：1. 染料的选取，选取染料时一定要新鲜，染料分子是染料敏化太阳能电池的光俘获

37、天线，它的性能直接决定了电池的光电转换效率。2. 电解质的配置，电解质体系的主要功能除了复原染料和传输电荷外，还可以改变二氧化钛、染料及氧化还原对的能级，改变体系的热力学和动力学特性，对光电压影响大。3. 二氧化钛薄膜的制备，二氧化钛薄膜是否均匀以及烘干的温度和时间影响对电子的吸附。3.3.2 设计中的难点1. 由于实验室的托盘天平因为没怎么用，有点铁锈，所以称的不是很精准。2.在制备TiO2薄膜时，薄膜在浸泡是易掉。3.在做样品测试的时候，由于天气不是很好，一直都没有太阳，所以测试环境受到了限制。4.在制备电解液的时候，由于没有磁力搅拌器。3.4 解决方案1. 托盘天平有生锈，测量不是很精准

38、，所以在称取物质的时候尽可能的多次调试，尽量测到精准；2. 重新做了一次二氧化钛薄膜，在这次制备二氧化钛薄膜的时候，尽量的用力，是二氧化钛薄膜能尽可能的吸附到导电玻璃上，并且调低烘箱温度，减少了烘干时间，放进恒温箱时加长时间；3. 在测试的时候找个相对最佳的天气；4. 在配置电解质的时候没有磁力搅拌器，我们就挨个换着不停地用人工搅拌，直至溶解。3.5 实现展示图3-3为用非洲菊为原料所制备的染料敏化太阳能电池样品 图3-3样品 第4章 总结 由于硅太阳能电池成本较高，耗能较大，所以科学家们都在努力研究新的太阳能电池材料、结构和工艺。而染料敏化太阳能电池是目前研究的重点方向之一。本论文正式顺应太

39、阳能电池的最新发展趋势，研究了几种用不同天然色素作为材料的染料敏化太阳能电池的转换率。 用不同的色素来做设计，由于它们对电子俘获的能力不一样，比较得出不同的色素它的光电转换效率也不一样，其中花青素的对电子的吸附能力是最强的，所以它的光电转换率是最高的，总之，染料敏化太阳能电池电池具有低成本、寿命长、高效率、大规模生产结构简单和易于制造等众多优点，我们相信，随着技术的发展，这种太阳能电池将会有着十分广阔的应用前景。参考文献 参考文献1Bequerel,E Recherches sur les effets de la radiation chimique de la lumiere solair

40、e,aumoyen descourants electriques.C.R Acad.Sci.,1893,9:1451492赵富鑫，魏彦章.太阳能电池及其应用M.北京：国防工业出版社.19853Hou K.,Tian B.,et al.Highly crystallized mesoporous TiO 2 films and their applications in dye sensitized solar cells.J.Mater.Chem.,2005,15:24144刘建峰，染料敏化纳米晶太阳能电池的制作-染料对电池的影响5Janet L.Sawin.世界可再生能源回顾M. 2005

41、.6丁军胜，钟建,林慧.太阳能光伏器件技术.成都：电子科大出版社。2011,87国家发展和改革委员会.中长期节能规划M. 2004. 致 谢时光匆匆，转眼大学四年已接近尾声，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。至此，谨向四年来所有指导，帮助和关心过我的师友表示衷心的感谢。首先非常感谢学院开设这个课题，为本人日后从事太阳能电池方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了一年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方

42、面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。其次，我要特别感谢我的指导老师易丹老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。易丹老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从她身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对易丹老师表示衷心的感谢。还要感谢林国伟老师，李伟老师，刘浩森老师为我提供了设计场地和设备。然后，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。