染料敏化太陽能電池的制作與探究成果展示課件

1、植物所特有的“光合作用”相信每個人都知道，那么，我們能否模擬植物的光合作用，使光合作用所吸收的太陽能為我們所用？ 太陽能是新能源開發(fā)利用最活躍的領(lǐng)域之一，目前市場上主要采用的是半導(dǎo)體硅系太陽能電池，然而這種太陽能電池存在著工藝條件苛刻，成本較高等問題。 而染料敏化太陽能電池（Dye Sensitized Solar Cell）價格相對低廉，制作工藝簡單，擁有潛在的高光電轉(zhuǎn)換效率，染料敏化太陽能電池很有可能取代傳統(tǒng)硅系太陽能電池，成為未來太陽能電池的主導(dǎo)。實驗原理實驗?zāi)康膶嶒灢襟E實驗小結(jié) 染料敏化太陽能電池主要由TiO2膜（導(dǎo)帶）、染料（光敏化劑）、氧化還原電解質(zhì)、對電極和導(dǎo)電玻璃（導(dǎo)電基底）這

2、幾部分組成。 TiO2膜為光陽極，在膜上吸附一層作為光敏劑的染料，充滿兩電極間的電解質(zhì)是碘液，對電極采用石墨，外層為導(dǎo)電玻璃。電池結(jié)構(gòu)一、實驗原理 在可見光的作用下，染料分子通過吸收光能躍遷到激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，染料分子與TiO2表面發(fā)生相互作用，電子躍遷到TiO2導(dǎo)帶，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電子最終進(jìn)入Sn02導(dǎo)電膜，然后通過外回路產(chǎn)生光電流。氧化態(tài)的染料分子被電解質(zhì)還原回到基態(tài)，還原態(tài)的電解質(zhì)被從陰極進(jìn)入的電子還原回到原來的狀態(tài)，如此構(gòu)成了一個循環(huán)。工作原理二、實驗?zāi)康?探究制作染料敏化太陽能電池的可行性，并研究對其造成影響的部分因素。1.嘗試制作染料敏化太陽能電池并探究TiO2配方不

3、同對電池制作的影響；2.探究有無染料（光敏劑）對染料敏化太陽能電池工作的影響；3.探究光照的有無對染料敏化太陽能電池工作的影響。實驗方案三、實驗步驟【實驗儀器】萬用電表、鱷魚夾導(dǎo)線、酒精燈、石棉網(wǎng)、玻璃棒、三腳架、研缽、培養(yǎng)皿、膠頭滴管、試管、藥匙、10ml量程量筒、電子天平；【實驗試劑】二氧化鈦、乙酸、無水乙醇、蒸餾水、碘單質(zhì)、碘化鉀溶液；【其他材料】 FTO導(dǎo)電玻璃（30mm30mm）、測試膠帶、桑果、紗布、紙巾、鉛筆、注射器。實驗一：嘗試制作染料敏化太陽能電池并探究TiO2配方不同對電池制作的影響 用不同的配方制備6種不同的TiO2漿料；把二氧化鈦漿料涂敷在導(dǎo)電玻璃上； 將6片導(dǎo)電玻璃燒

4、結(jié)1h；將TiO2膜層用桑果汁染色； 將膜層清洗，晾干；制作對電極；組裝電池；注入電解液；測量實驗數(shù)據(jù)。實驗操作實驗現(xiàn)象用2g二氧化鈦、3ml蒸餾水、1ml乙酸配方制作太陽能電池所制取的TiO2膜層較厚，在染色、沖洗及添加電解液的操作過程中很容易碎裂，且膜層容易脫落。用2g二氧化鈦、4ml蒸餾水、1.5ml乙酸配方制作太陽能電池所制取的TiO2膜層較薄，在染色、沖洗及添加電解液的操作過程中較易碎裂，且膜層容易脫落。用2g二氧化鈦、6ml蒸餾水、2ml乙酸配方制作太陽能電池所制取的TiO2膜層很薄，但不均勻，在染色、沖洗及添加電解液的操作過程中不易碎裂。用2g二氧化鈦、3ml蒸餾水、1ml乙酸加

5、幾滴洗潔精配方制作太陽能電池所制取的TiO2膜層較厚，在染色、沖洗及添加電解液的操作過程中很容易碎裂，且膜層較容易脫落。在涂抹時容易起泡。用2g二氧化鈦、4ml蒸餾水、1.5ml乙酸加幾滴洗潔精配方制作太陽能電池所制取的TiO2膜層較薄，在染色、沖洗及添加電解液的操作過程中不易碎裂，不易脫落。但在涂抹時容易起泡。用2g二氧化鈦、6ml蒸餾水、2ml乙酸加幾滴洗潔精配方制作太陽能電池所制取的TiO2膜層很薄，但不均勻，在染色、沖洗及添加電解液的操作過程中不易碎裂，不易脫落。但在涂抹時容易起泡。用萬用電表測量六塊染料敏化太陽能電池的短路電流及電壓在普通室內(nèi)光環(huán)境下六塊太陽能電池板均有數(shù)值，不過每組

6、短路電流存在較大差異且部分不穩(wěn)定。實驗一結(jié)論：TiO2漿料濃稠程度的不同會影響TiO2膜層的厚度及附著能力。洗潔精可以增加TiO2膜層在玻璃板上的附著能力，不過容易導(dǎo)致起泡。綜合對比來看，我們認(rèn)為采用2g二氧化鈦、6ml蒸餾水、2ml乙酸的配方來制作染料敏化太陽能電池最合適。所制作出的電池板均有電流電壓，證實自制染料敏化太陽能電池的實驗完全可行。但是觀察幾組實驗數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)所測得的實驗數(shù)據(jù)差異較大，我們認(rèn)為由于制作工藝造成的不可控變量會導(dǎo)致所測得的實驗數(shù)據(jù)差異較大且不穩(wěn)定。實驗二：探究有無染料對染料敏化太陽能電池工作的影響【實驗儀器】萬用電表、鱷魚夾導(dǎo)線、酒精燈、石棉網(wǎng)、玻璃棒、三腳架、研缽、

7、培養(yǎng)皿、膠頭滴管、試管、藥匙、10ml量程量筒、電子天平；【實驗試劑】二氧化鈦、乙酸、無水乙醇、蒸餾水、碘與碘化鉀的混合溶液；【其他材料】 FTO導(dǎo)電玻璃（30mm30mm）、測試膠帶、桑果汁、紗布、紙巾、鉛筆、注射器。實驗操作實驗現(xiàn)象按照2g二氧化鈦、6ml蒸餾水、2ml乙酸配方制作太陽能電池，按照正常步驟經(jīng)過染色。在普通室內(nèi)光環(huán)境下有短路電流，數(shù)值正常。按照2g二氧化鈦、6ml蒸餾水、2ml乙酸配方制作太陽能電池，不進(jìn)行染色處理。在普通室內(nèi)光環(huán)境下會產(chǎn)生電流，但數(shù)值會持續(xù)下降。經(jīng)過染色處理的電池板未經(jīng)過染色處理的電池板（數(shù)值在一定范圍內(nèi)波動）（數(shù)值持續(xù)下降）實驗二結(jié)論：染料為染料敏化太陽能

8、電池工作的關(guān)鍵之一，而沒有染料的電池板可能會形成原電池。實驗三：探究光照的有無對染料敏化太陽能電池工作的影響【實驗儀器】萬用電表、鱷魚夾導(dǎo)線?！酒渌牧稀?制作好的染料敏化太陽能電池。實驗操作實驗現(xiàn)象將染料敏化太陽能電池置于充足的太陽光底下電表顯示有穩(wěn)定的正常電流讀數(shù)，電池正常工作。將染料敏化太陽能電池的感光面遮擋電表顯示幾乎無電流或無電流讀數(shù)，電池?zé)o法正常工作。實驗三結(jié)論：染料敏化太陽能電池確實由光照作為驅(qū)動來持續(xù)工作，電池內(nèi)部最終沒有發(fā)生變化。四、實驗小結(jié) 本研究通過一系列的實驗，最終確定最佳的實驗方案為：按照2g二氧化鈦、6ml蒸餾水、2ml乙酸的配方制作TiO2漿料，用漿料在一片導(dǎo)電玻璃上涂一層薄膜，用酒精燈燒結(jié)1h，冷卻后用桑果汁染色10min，再另取一塊導(dǎo)電玻璃用鉛