染料敏化太阳能电池的制作与探究成果展示课件

1、植物所特有的“光合作用”相信每个人都知道，那么，我们能否模拟植物的光合作用，使光合作用所吸收的太阳能为我们所用？ 太阳能是新能源开发利用最活跃的领域之一，目前市场上主要采用的是半导体硅系太阳能电池，然而这种太阳能电池存在着工艺条件苛刻，成本较高等问题。 而染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell）价格相对低廉，制作工艺简单，拥有潜在的高光电转换效率，染料敏化太阳能电池很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。实验原理实验目的实验步骤实验小结 染料敏化太阳能电池主要由TiO2膜（导带）、染料（光敏化剂）、氧化还原电解质、对电极和导电玻璃（导电基底）这

2、几部分组成。 TiO2膜为光阳极，在膜上吸附一层作为光敏剂的染料，充满两电极间的电解质是碘液，对电极采用石墨，外层为导电玻璃。电池结构一、实验原理 在可见光的作用下，染料分子通过吸收光能跃迁到激发态，由于激发态不稳定，染料分子与TiO2表面发生相互作用，电子跃迁到TiO2导带，进入TiO2导带中的电子最终进入Sn02导电膜，然后通过外回路产生光电流。氧化态的染料分子被电解质还原回到基态，还原态的电解质被从阴极进入的电子还原回到原来的状态，如此构成了一个循环。工作原理二、实验目的 探究制作染料敏化太阳能电池的可行性，并研究对其造成影响的部分因素。1.尝试制作染料敏化太阳能电池并探究TiO2配方不

3、同对电池制作的影响；2.探究有无染料（光敏剂）对染料敏化太阳能电池工作的影响；3.探究光照的有无对染料敏化太阳能电池工作的影响。实验方案三、实验步骤【实验仪器】万用电表、鳄鱼夹导线、酒精灯、石棉网、玻璃棒、三脚架、研钵、培养皿、胶头滴管、试管、药匙、10ml量程量筒、电子天平；【实验试剂】二氧化钛、乙酸、无水乙醇、蒸馏水、碘单质、碘化钾溶液；【其他材料】 FTO导电玻璃（30mm30mm）、测试胶带、桑果、纱布、纸巾、铅笔、注射器。实验一：尝试制作染料敏化太阳能电池并探究TiO2配方不同对电池制作的影响 用不同的配方制备6种不同的TiO2浆料；把二氧化钛浆料涂敷在导电玻璃上； 将6片导电玻璃烧

4、结1h；将TiO2膜层用桑果汁染色； 将膜层清洗，晾干；制作对电极；组装电池；注入电解液；测量实验数据。实验操作实验现象用2g二氧化钛、3ml蒸馏水、1ml乙酸配方制作太阳能电池所制取的TiO2膜层较厚，在染色、冲洗及添加电解液的操作过程中很容易碎裂，且膜层容易脱落。用2g二氧化钛、4ml蒸馏水、1.5ml乙酸配方制作太阳能电池所制取的TiO2膜层较薄，在染色、冲洗及添加电解液的操作过程中较易碎裂，且膜层容易脱落。用2g二氧化钛、6ml蒸馏水、2ml乙酸配方制作太阳能电池所制取的TiO2膜层很薄，但不均匀，在染色、冲洗及添加电解液的操作过程中不易碎裂。用2g二氧化钛、3ml蒸馏水、1ml乙酸加

5、几滴洗洁精配方制作太阳能电池所制取的TiO2膜层较厚，在染色、冲洗及添加电解液的操作过程中很容易碎裂，且膜层较容易脱落。在涂抹时容易起泡。用2g二氧化钛、4ml蒸馏水、1.5ml乙酸加几滴洗洁精配方制作太阳能电池所制取的TiO2膜层较薄，在染色、冲洗及添加电解液的操作过程中不易碎裂，不易脱落。但在涂抹时容易起泡。用2g二氧化钛、6ml蒸馏水、2ml乙酸加几滴洗洁精配方制作太阳能电池所制取的TiO2膜层很薄，但不均匀，在染色、冲洗及添加电解液的操作过程中不易碎裂，不易脱落。但在涂抹时容易起泡。用万用电表测量六块染料敏化太阳能电池的短路电流及电压在普通室内光环境下六块太阳能电池板均有数值，不过每组

6、短路电流存在较大差异且部分不稳定。实验一结论：TiO2浆料浓稠程度的不同会影响TiO2膜层的厚度及附着能力。洗洁精可以增加TiO2膜层在玻璃板上的附着能力，不过容易导致起泡。综合对比来看，我们认为采用2g二氧化钛、6ml蒸馏水、2ml乙酸的配方来制作染料敏化太阳能电池最合适。所制作出的电池板均有电流电压，证实自制染料敏化太阳能电池的实验完全可行。但是观察几组实验数据我们发现所测得的实验数据差异较大，我们认为由于制作工艺造成的不可控变量会导致所测得的实验数据差异较大且不稳定。实验二：探究有无染料对染料敏化太阳能电池工作的影响【实验仪器】万用电表、鳄鱼夹导线、酒精灯、石棉网、玻璃棒、三脚架、研钵、

7、培养皿、胶头滴管、试管、药匙、10ml量程量筒、电子天平；【实验试剂】二氧化钛、乙酸、无水乙醇、蒸馏水、碘与碘化钾的混合溶液；【其他材料】 FTO导电玻璃（30mm30mm）、测试胶带、桑果汁、纱布、纸巾、铅笔、注射器。实验操作实验现象按照2g二氧化钛、6ml蒸馏水、2ml乙酸配方制作太阳能电池，按照正常步骤经过染色。在普通室内光环境下有短路电流，数值正常。按照2g二氧化钛、6ml蒸馏水、2ml乙酸配方制作太阳能电池，不进行染色处理。在普通室内光环境下会产生电流，但数值会持续下降。经过染色处理的电池板未经过染色处理的电池板（数值在一定范围内波动）（数值持续下降）实验二结论：染料为染料敏化太阳能

8、电池工作的关键之一，而没有染料的电池板可能会形成原电池。实验三：探究光照的有无对染料敏化太阳能电池工作的影响【实验仪器】万用电表、鳄鱼夹导线。【其他材料】 制作好的染料敏化太阳能电池。实验操作实验现象将染料敏化太阳能电池置于充足的太阳光底下电表显示有稳定的正常电流读数，电池正常工作。将染料敏化太阳能电池的感光面遮挡电表显示几乎无电流或无电流读数，电池无法正常工作。实验三结论：染料敏化太阳能电池确实由光照作为驱动来持续工作，电池内部最终没有发生变化。四、实验小结 本研究通过一系列的实验，最终确定最佳的实验方案为：按照2g二氧化钛、6ml蒸馏水、2ml乙酸的配方制作TiO2浆料，用浆料在一片导电玻璃上涂一层薄膜，用酒精灯烧结1h，冷却后用桑果汁染色10min，再另取一块导电玻璃用铅