染料敏化半導體材料在光伏電池及光催化中的應用

太陽能電池材料的研究進展太陽能電池材料的研究進展其其煤石油天然氣其他中國石油煤天然氣其他世界中國和世界的能源結(jié)構(gòu)

能源枯竭

石油：42年，天然氣：67年，煤：200年。環(huán)境污染

每年排放的二氧化碳達210萬噸，并呈上升趨勢，造成全球氣候變暖；空氣中大量二氧化碳，粉塵含量己嚴重影響人們的身體健康和人類賴以生存的自然環(huán)境。

中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

CxHy+O2H2O+CO2+SO2+NOx

同國外相比，我國的能源系統(tǒng)更加不具備可持續(xù)發(fā)展特點

能源枯竭的威脅可能來的更早

人口多，人均資源占有量僅及世界的一半，石油和天然氣資源僅占世界人均量的17.1％和13.2％；加之能源利用技術(shù)落后，效率低下，能耗高，枯竭速度可能會比國外更加迅速，能源匱乏的威脅可能來的更早

能源供需缺口將越來越大

2020年全國需求量27億噸TOE，尚缺4.8億噸標煤；2050年一次需求量達到40億噸標煤，缺口達10億噸標煤，短缺25％以上

過度依賴煤炭，環(huán)境影響更加嚴重

煤炭幾乎滿足了我國一次能源需求的70％，66％的城市大氣顆粒物的含量和22％的城市的二氧化硫含量均超過國家空氣質(zhì)量二級標準，在冬季這些污染物的濃度更大，通常為夏季的2倍。環(huán)境專家估計，大氣中90％的二氧化硫和70％的煙塵來自于燃煤

煤廢料的處理仍是問題

煤炭開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的大量的矸石、腐蝕性水、煤泥、灰渣和飛灰等，已構(gòu)成對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的危害，成為制約所在地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的一個制約因素

石油短缺，對外依存度加大

1993年我國成為石油凈進口國，2001年進口依存度已經(jīng)達到34％，隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)增長，石油進口量占整體石油需求量中的份額進一步增長，預計到2020年將達到50％。太陽能風能屬于本地資源，通過一定的工藝技術(shù)，不僅可轉(zhuǎn)換為電力，還可以直接、間接地轉(zhuǎn)換為液體燃料，如乙醇燃料、生物柴油和氫燃料，為各種移動設(shè)備提供能源。

可再生能源：

風能；水能；地熱；潮汐；太陽能等

潔凈能源：與石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導致“溫室效應”，也不會造成環(huán)境污染

太陽能利用的重要途徑之一是研制太陽能電池！

資源豐富：40分鐘照射地球輻射的能量＝全球人類一年的能量需求

使用方便：同水能、風能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。太陽能電池已成為各國實施可持續(xù)發(fā)展的重要選擇日本----93年實施“新陽光計劃”，涵蓋74年的“陽光計劃”、78年的“月光計劃”和89年的“地球環(huán)境技術(shù)開發(fā)計劃”；97年宣布7萬太陽能光伏屋頂計劃，計劃到2010年安裝7600MWp太陽能電池日本利用其電子技術(shù)優(yōu)勢，大力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)品，其產(chǎn)量已經(jīng)相當于全球產(chǎn)量的50%以上。英、荷、日、美等國企業(yè)基本壟斷了全球的光伏發(fā)電產(chǎn)品市場，其出口額占世界的貿(mào)易額的80%以上。美國----提出了逐步提高綠色電力的發(fā)展計劃。主要是通過風力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能源發(fā)電等來達到目標，其中太陽光伏發(fā)電預計到2020年將占美國屆時發(fā)電裝機增量的15%左右，累計安裝量達到36GW，保持美國在光伏發(fā)電技術(shù)開發(fā)、制造水平的世界領(lǐng)先地位。

美國百萬屋頂計劃的內(nèi)容與目標太陽能電池的發(fā)展1954年美國貝爾實驗室制成了世界上第一個實用的太陽能電池，效率為4%，于1958年應用到美國的先鋒1號人造衛(wèi)星上。由于材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面的不斷改進，太陽能電池逐漸由航天等特殊的用電場合進入到地面應用中?，F(xiàn)在太陽能電池的價格不到20世紀70年代的1%。預期10年內(nèi)太陽能電池能源在美國、日本和歐洲的發(fā)電成本將可與火力發(fā)電競爭。目前，年均增長率35%，是能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最快的行業(yè)。辦公樓與玻璃幕墻一體化的PV太陽能屋頂系統(tǒng)無機太陽能電池光生伏特效應光子入射：造成躍遷產(chǎn)生空穴－電子對。電荷運動的勢壘：p-n結(jié)區(qū)內(nèi)形成的內(nèi)建電場。阻礙電子從n區(qū)向p區(qū)運動，空穴從p區(qū)向n區(qū)運動。

光電池：空穴、電子通過外電路復合，在電路中產(chǎn)生電流。半導體中可以利用各種勢壘如pn結(jié)、肖特基勢壘、異質(zhì)結(jié)等形成光伏效應。當太陽能電池受到陽光照射時，光與半導體相互作用可以產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子-空穴對靠半導體內(nèi)形成的勢壘分開到兩極，正負電荷分別被上下電極收集。由電荷聚集所形成的電流通過金屬導線流向電負載。太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)換效率（h)＝入射在電池表面的陽光的功率負載中消耗的功率太陽能電池材料主要材料半導體表面涂層電極封裝單晶硅、多晶硅非晶硅、GaAs有機半導體金屬氧化物、導電聚合物金屬導體玻璃、有機玻璃對材料的基本要求①能充分利用太陽能輻射，即半導體的禁帶不能太寬；②有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；③材料本身對環(huán)境不造成污染；④材料便于工業(yè)化生產(chǎn)，材料的性能穩(wěn)定且經(jīng)濟

無機太陽能電池的性能及應用硅材料

工業(yè)硅（又稱：結(jié)晶硅或金屬硅）半導體用硅材料含硅化合物（SiHCl3,SiH4）太陽能用硅材料

半導體用多晶硅太陽能用多晶硅（又稱：高純硅或超純硅）(Solargradesilicon)

單晶硅錠單晶硅錠多晶硅錠

各種硅片單晶硅片多晶硅片

各種半導體器件

單晶硅太陽能電池

多晶硅太陽能電池

各種太陽能電池的市場份額2004年太陽能電池產(chǎn)量1,194.7MW，增長60.6%，其中：產(chǎn)量比例%增長%mc-Si669.1556.046.8sc-Si343.4528.771.3a-Si64.605.449.2a-Si/scSi60.005.0100Ribbon41.003.4502.9CdTe13.001.1333.3CIS3.00.3-25.0太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝

1-1單晶錠

1-1-1CZ法

1-1-2FZ法1-2多晶錠1-2-1鑄造多晶硅1-2-1EMC多晶硅1-3非晶硅太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝

CZ法

來源：CGS太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝

CZ法1熔化2穩(wěn)定3引晶4縮徑5放肩6等徑來源：CGS太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝

FZ法

FZ

來源：CGS太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝多晶澆注法

由于鑄錠中采用低成本的坩堝及脫模涂料，對硅錠的材質(zhì)仍會造成影響。近年來電磁法（EMC）被用來進行鑄錠試驗，方法是投爐硅料從上部連續(xù)加到熔融硅處，而熔融硅與無底的冷坩堝通過電磁力保持接觸，同時固化的硅被連續(xù)地向下拉。目前該工藝已鑄出截面為220mmX220mm的長硅錠，鑄錠的材質(zhì)純度比常規(guī)硅錠高。我國可生產(chǎn)出220mmX220mmX140mm的硅錠。太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝多晶澆注設(shè)備

HEMDSS

太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝方法比較

Method

Width（cm）Weight(kg)Growth

Rate(mm/min)GrowthRate(kg/h)Throughput(m2/day)EnergyUse(kWh/kg)EnergyUse(kWh/m2)Efficiency

(Typical,best)

FZ1550

2-4480

30

36<18,24

CZ15

50

0.6-1.2

1.530

18-4021-48

<15,20DS(定向結(jié)晶)69

240

0.1-0.6

3.5

70

8-15

9-17

<14,18EMC(電磁鑄造)35

400

1.5-2

30

600

12

35

<14,16

太陽能用硅材料的生產(chǎn)工藝硅片切割

常規(guī)的硅片切割采用內(nèi)圓切片機，其刀損為0.3一0.35mm，使晶體硅切割損失較大，且大硅片不易切得很薄。近幾年，多線切割機的使用對晶體硅片的成本下降具有明顯作用。多線切割機采用鋼絲帶動碳化硅磨料來進行切割硅片，切損只有0.22mm，硅片可切薄到0.2mm，且切割的損傷小。圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)在實際應用中互為補充而存在

（1）在新建硅圓片加工生產(chǎn)線上，規(guī)模在年產(chǎn)量達50噸以上硅單晶加工生產(chǎn)線，并且圓片品種主要針對較大數(shù)量集成電路用硅圓片時，切割設(shè)備選型可定位在線切割機上，同時大規(guī)模、單一硅圓片品種（主要指圓片的厚度規(guī)格品種）的太陽能級圓片加工，切割設(shè)備選型也可定位在線切割機上。厚度規(guī)格品種的多少，直接關(guān)系到線切割機排線導輪備件的多少。該排線導輪目前國內(nèi)無法配套，國外供應商配套，價格較高。頻繁更換排線導輪增加了輔助時間，還會增加線絲的浪費。（2）生產(chǎn)規(guī)模較小的生產(chǎn)單位或多品種硅圓片生產(chǎn)并具有較大規(guī)模的生產(chǎn)單位，在設(shè)備選型上，應首先考慮選用內(nèi)圓切片機。

蘭州瑞德集團

X07150-1型多線鋸切割機上海日進下壓式NWS6X2多線鋼絲切割機下壓式NWS6X2多線鋼絲切割機可同時并列切割二支Φ6"×9"（φ152mm×230mm）硅晶棒，切割晶片最薄厚度為0.2mm。技術(shù)進展直徑變化技術(shù)進展薄片技術(shù)技術(shù)進展帶硅

用硅量是常規(guī)工藝的?無須切片成本下降>30%R&D同時拉制2條或4條帶硅厚度＜

150

μm太陽能電池的分類晶體硅太陽能電池的發(fā)展趨勢

mc-Si

比例總體上升趨勢，但04年有所下降，從03年的61.3%下降至56%；

sc-Si

比例止住了下降趨勢，由03年的26.9%上升至28.7%。而且同比增長（71%），超過mc-Si（46.8%）。如果包括a-Si/scSi，則比例達到32.1%,

同比增長75%。

Ribbon

比例由03年的0.9%,提高至3.4%，同比增長502.9%；

晶體硅（包括mc-Si,sc-Si,a-Si/scSi和Ribbon）的比例近4年來變化不大，在91.1%—93.1%之間；國內(nèi)太陽能電池用硅材料現(xiàn)狀硅單晶產(chǎn)量2004年單晶硅產(chǎn)量（噸）單晶總產(chǎn)量1700太陽能單晶產(chǎn)量1200太陽能單晶生產(chǎn)能力2000近年來我國硅單晶產(chǎn)量注：單晶硅產(chǎn)量及生產(chǎn)能力估算見附件1國內(nèi)現(xiàn)狀趨勢及分析和國外情況不同，我國太陽能用單晶硅的比例大大高于多晶硅。形成的原因是：國內(nèi)廉價單晶爐設(shè)備優(yōu)勢；半導體硅單晶生產(chǎn)有一定基礎(chǔ)；技術(shù)門檻低。國內(nèi)太陽能硅材料產(chǎn)業(yè)存在的主要問題是：1硅材料的發(fā)展偏重于單晶硅，而且是單晶硅錠。硅片加工能力嚴重不配套。企業(yè)價值鏈過短，缺乏企業(yè)發(fā)展所必需的獨立性和自主性，使企業(yè)的增值能力受到嚴重影響；多晶硅材料處于起步階段。2產(chǎn)業(yè)價值鏈仍存在嚴重脫節(jié)。單晶硅絕大部分出口；缺乏切片能力；電池片企業(yè)所需大量硅片幾乎都以賴進口。作為一個企業(yè)其價值鏈的長短雖然重要，但要根據(jù)企業(yè)的具體財力、技術(shù)能力和管理能力而定。而作為國家則必須考慮。國內(nèi)太陽能硅片加工環(huán)節(jié)十分薄弱除保定英利新能源浙江精功光電配套多晶硅片加工外，太陽能單晶生產(chǎn)企業(yè)中只有晶龍有少量多線切割能力專業(yè)硅片加工企業(yè)目前僅一家，即鎮(zhèn)江環(huán)太硅科技有限公司。切割能力約為1000萬片/年

保定英利新能源有限公司6浙江精功光電有限公司2我國多晶硅片生產(chǎn)能力（MW）保定英利新能源有限公司垂直集成型，目前公司具有6MW多晶硅片、10MW電池片、50MW電池組件的生產(chǎn)能力。二期投資完成后,硅片的年生產(chǎn)能力將達到70MW，將新增DSS多晶硅鑄錠機20臺,破錠機3臺,多線切割機5臺。浙江精功光電有限公司（前身為浙江中意太陽能有限公司）原為中方與意大利ENITECHNOLOGIE合資企業(yè)，多晶硅片生產(chǎn)能力2MW。有擴大生產(chǎn)規(guī)模至20MW的計劃。在建和籌建的多晶錠、片企業(yè)精功紹興太陽能技術(shù)有限公司（籌建）

精功集團與德國布萊斯-戴姆勒集團(Preiss-Daimler)共同投資興建。引進GTSola設(shè)備和技術(shù)。一期10MW，二期將達20MW。力諾太陽能基地項目（濟南）太陽能多晶硅片2500萬片，太陽能電池片50MW，太陽能電池組件50MW，太陽能電站10MW。該項目第一期是利用現(xiàn)有土地和廠房，購置多晶硅鑄錠爐5臺，1臺破錠機和1臺SD-B型線切割機等主要設(shè)備。年產(chǎn)量為多晶硅片500萬片,第二期1000萬片，第三期2500萬片

（新疆新能源公司20MW硅片項目，資金籌措中）非晶硅太陽電池

非晶硅太陽電池又稱“無定形硅太陽電池”，簡稱“a—Si太陽電池"。它是太陽電池發(fā)展中的后起之秀。非晶硅太陽電池的最大特點是薄，不同于單晶硅或多晶硅太極電池需要以硅片為底村，而是在玻璃或不銹鋼帶等材料的表面鍍上一層薄薄的硅膜，其厚度只有單晶硅片的1/300。因此，可以大量節(jié)省硅材料，加之可連續(xù)化大面積生產(chǎn)，能耗也低，成本自然也低。由于電池本身是薄膜型的，太陽的光可以穿透，所以還可做成疊層式的電池，以提高電池的電壓。通常單晶硅太陽電池每個單體只有0．5伏左右的電壓，必須幾個單體串聯(lián)起來，才能獲得一定的電壓。非晶太陽硅電池一個就能做到幾伏電壓，使用比較方便。

非晶硅太陽能電池是最理想的一種廉價太陽電池。作為一種弱光微型電源使用，如小型計算器、電子手表等。非晶硅科技已轉(zhuǎn)化為一個大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，世界上總組件生產(chǎn)能力每年在50MW以上，組件及相關(guān)產(chǎn)品銷售額在10億美元以上。應用范圍小到手表、計算器電源大到10Mw級的獨立電站。其應用涉及諸多品種的電子消費品、照明和家用電源、農(nóng)牧業(yè)抽水、廣播通訊臺站電源及中小型聯(lián)網(wǎng)電站等。a一Si太陽電池成了光伏能源中的一支生力軍，對整個潔凈可再生能源發(fā)展起了巨大的推動作用。

太陽能電池陣列轉(zhuǎn)換效率的提高對于空間系統(tǒng)有十分重要的意義‘它可以降低系統(tǒng)的重量，改善系統(tǒng)的搭載能力，減小軌道運行的阻力。還可以降低系統(tǒng)的成本。GaAs材料CuInSe2材料染料敏化納米晶體太陽能電池

染料敏化納米晶體太陽能電池（DSSCs）（或稱Gr?tzel型光電化學太陽能電池）主要包括鍍有透明導電膜的玻璃基底，染料敏化的半導體材料、對電極以及電解質(zhì)等幾部分。

陽極：染料敏化半導體薄膜陰極：鍍鉑的導電玻璃

電解質(zhì)：I3-/I-

TiO2膜:5~20um,1~4mg/cm2導電玻璃：8~10Ω/□1991年，瑞士Gr?tzelM.以較低的成本得到了>7%的光電轉(zhuǎn)化效率。1998年，采用固體有機空穴傳輸材料的全固態(tài)DSSCs電池研制成功，其單色光電轉(zhuǎn)換效率達到33%，從而引起了全世界的關(guān)注。目前，DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率已能穩(wěn)定在10％以上，壽命能達15～20年，且其制造成本僅為硅太陽能電池的1/5～1/10。工作原理Voc=1/q【（Ef）TiO2

－(E（R/R-）)】

當太陽光照射到電池表面時，吸附在二氧化鈦光電極表面的染料分子受到激發(fā)由基態(tài)S躍遷到激發(fā)態(tài)S*,然后將一個電子注入到二氧化鈦導帶內(nèi)，此時染料分子自身轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘧B(tài)S+.注入到二氧化鈦層的電子富集到導電基底，并通過外電路流向?qū)﹄姌O,形成電流.

處于氧化態(tài)的染料分子氧化溶液中的電子給體(此種在電解質(zhì)溶液中的電子給體),自身恢復為還原態(tài)，使染料分子得到再生。被氧化的電子給體擴散至對電極,在電極表面被還原,從而完成一個光電化學反應循環(huán)。影響電池光電轉(zhuǎn)化效率的因素采光效率電子的注入收集效率有機光敏染料的光吸收性能有機光敏材料與納米微晶半導體材料的能級的匹配電子在薄膜中的擴散性能研究進展敏化劑納米半導體材料電解質(zhì)其他方面……敏化劑吸收盡可能多的太陽光；緊密吸附在納米晶網(wǎng)絡(luò)電極表面；（－COOH,-SO3H,－PO3H2等）與相應的納米晶的能帶相匹配；激發(fā)態(tài)壽命足夠長；具有長期的穩(wěn)定性……敏化劑的種類聯(lián)吡啶金屬絡(luò)合物系列聯(lián)吡啶釕系列（－COOH,-SO3H,－PO3H2，多核聯(lián)吡啶等）羧酸多吡啶酞菁（Phthalocyanine）系列卟啉（Porphyrin）系列純有機染料系列無機化合物系列（窄帶隙半導體材料敏化）N3BlackdyeNazeeruddinM.K,etalJ.Am.Chem.Soc.,1993,115,6382.NazeeruddinM.K,etalChem.Commun.,1997,1705-1706.聯(lián)吡啶金屬絡(luò)合物系列HagfeldtAandGr?tzelM,Acc.Chem.Res.,2000,33,269-277.Wavelength[nm]Blackdye

NazeeruddinMKandGratzelM,J.Am.Chem.Soc.,1993,115,6382.HagfeldtAandGr?tzelM,Acc.Chem.Res.,2000,33,269.N3和BlackDye的性能比較多核吡啶釕絡(luò)合物系列

NazeeruddinMKandGratzelM,J.Am.Chem.Soc.,1993,115,6382.HagfeldtAandGr?tzelM,Chim.Acta.,1990,73,778.X=H,CH3,Ph,COOH,C6H4SO3-卟啉系列和酞菁系列A.KayandM.Gratzel,etalJ.Phys.Chem.,1993,97,6272.M.M.ResslerandR.K.Panday,Chemtech.,1998,3,39.R=SO3-,OC5H11;M=H2,Zn,AlClSayamaK,etalChem.Commun.,2000,1173.Merocyaninederivative,Mb(18)-Nwithanoverallη=4.2%純有機染料系列

（半菁染料衍生物）HaraK,etalNewJ.Chem.,2003,27,783.NKX-2311NKX-2677純有機染料系列（香豆素衍生物）Cappedsemiconductor（殼合式結(jié)構(gòu)半導體）Coupledsemiconductor（偶合式結(jié)構(gòu)半導體）e-e-

h+h+TiO2CdSABB-(a)A+hh無機化合物染料系列h+TiO2CBVBe-e-h+h+A+A目前，聯(lián)吡啶釕系配合物仍是性能最好的染料敏化劑，用得也最為廣泛。設(shè)計有特定結(jié)構(gòu)的、強吸收的、穩(wěn)定的染料分子，獲得高的電荷傳輸效率也是太陽能利用的一個方向。從微觀上認識光伏太陽能電池及光催化反應的本質(zhì)，開展原位表征和超快時間分辨技術(shù)研究光生電子的遷移傳輸規(guī)律，為人們設(shè)計較高光電轉(zhuǎn)換效率的半導體材料及染料敏化劑提供理論指導。

納米半導體材料

金屬硫化物、金屬硒化物、鈣鈦礦以及鈦、錫、鋅、鎢、鋯、鉿、鍶、鐵、鈰等的氧化物均可用作DSSCs的中的半導體材料.

1999年,Guo報道了Nb2O5染料敏化的太陽能電池.

2000年,Poznyak等人還報道了納米晶體In2O3薄膜電極

的光電化學性質(zhì).

在國內(nèi),目前北京大學的研究者們對各種染料敏化納米薄膜研究得較多。在這些半導體材料中,TiO2,ZnO和SnO2的性能較好.納米TiO2薄膜極材料制備方法：溶膠凝膠法；水熱反應法；濺射法；醇鹽水解法；濺射沉積法；等離子噴涂法；絲網(wǎng)印刷法等微觀結(jié)構(gòu)（孔徑氣孔率）

液態(tài)電解質(zhì)存在的缺點易導致敏化染料的脫附;溶劑易揮發(fā),與敏化染料作用導致染料降解;密封工藝復雜;載流子遷移速率很慢,在高強度光照時不穩(wěn)定;存在其他氧化還原反應……

固

態(tài)

空

穴

傳

輸

材

料

Gr?tzel等人在1998年用2,2’,7,7’-四(N,N-二對甲氧基苯基氨基)-9,9’-螺環(huán)二芴(OMeTAD,如下圖所示)作為空穴傳輸材料,得到了單色效率高達33%的電池。

BachU,LupoD,ComteP,etal.Nature,1998,395:583

面臨的主要問題染料問題（現(xiàn)在公認使用效果較好的N3

制備過程較復雜,因而價格也比較昂貴。因此,尋找低成本而性能良好的染料成為當前研究的一個熱點）納米材料（如何獲得制備方法簡單、尺寸分布可控的納米材料？）電解質(zhì)及基體材料（為達到商業(yè)化的目標溶液電解質(zhì)要逐步用固體電解質(zhì)取代，以提高穩(wěn)定性和使用壽命）電池的串并聯(lián)問題……第一步：二氧化鈦膜的制備

把二氧化鈦膠體涂敷在透明導電玻璃上。就象二氧化鈦膜一樣，透明導電玻璃上已經(jīng)事先鍍有一層透明導電膜（SnO2）一調(diào)制納米二氧化鈦漿料二、在導電玻璃片上涂膜三、用酒精燈烤干第二步：利用天然染料把二氧化鈦膜著色

把新鮮的或冰凍的黑莓、山莓石榴籽或紅茶，用一大湯匙的水進行擠壓，然后把二氧化鈦膜放進去進行著色，大約需要5分鐘，直到膜層變成深紫色，如果膜層兩面著色的不均勻，可以再放進去浸泡5分鐘，最后用乙醇沖洗，并用柔軟的紙輕輕地擦干。第三步：制作反電極

電池既需要光陽極，又要一個對電極才能工作。對電極又叫反電極，是由涂有導電的SnO2膜層組成的，利用一個簡單的萬用表就可以判斷玻璃的哪一面是導電的，利用手指也可以作出判斷，導電面較為粗糙。把非導電面標上‘+’，然后用鉛筆在導電面上均勻地涂上一層石墨。第四步：注入電解質(zhì)

注入含碘和碘離子的溶液作為太陽電池的電解質(zhì)，它主要用于還原和再生染料。第五步：組裝電池

把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解質(zhì)，然后把反電極的導電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯開，以便利用暴露在外面的部分作為電極的測試用。利用兩個夾子把電池夾住，這樣，你的太陽能電池就作成了。在室外太陽光下，可以獲得開路電壓0.43V，短路電流1mA/cm2

。樣機我國染料敏化太陽電池的研究歷史1、我國科研研究小組在九十年代中后期開始跟蹤研究該項技術(shù)，中科院和北大等高校率先在該項研究上取得較好的成績。

2、其中中科院等離子體所、化學所和理化所的研究小組在中科院院長特別基金的支持下，開展了前期的跟蹤研究，同時于2000年6月，該項研究被中科院列入中科院知識創(chuàng)新項目，并獲得相應的經(jīng)費支持，中科院等離子體物理研究所和王孔嘉研究員分別為項目承擔單位和首席科學家，化學所和理化所為項目參加單位。

3、2000年10月，“低價、長壽新型光伏電池的基礎(chǔ)研究”項目列入國家重點基礎(chǔ)研究規(guī)劃項目（973計劃），中科院等離子體物理研究所和南開大學為項目承擔單位，王孔嘉研究員和耿新華教授為項目首席科學家，化學所、理化所、中科院研究生院、北工大等七個單位為項目參加單位，染料敏化納米薄膜太陽電池作為項目研究的主要方向之一。

中國首個染料敏化太陽電池示范電站建立在等離子體所內(nèi)的５００瓦規(guī)模的小型示范電站有機太陽能電池工作原理:有機半導體產(chǎn)生的電子和空穴束縛在激子(excitons)之中,電子和空穴在界面(電極和導電聚合物的結(jié)合處)上分離。

研究進展:美國加州伯克利分?？茖W家在2002年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽能電池，可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上。提供0．7V的電壓。特點：價格低、易成型，通過化學修飾調(diào)控性能。高分子光電轉(zhuǎn)換材料倍受關(guān)注的高分子材料為聚對苯乙撐（PPV）

光電池結(jié)構(gòu)：ITO/PPV/MgVoc=1.2V

η=1％。高分子光電轉(zhuǎn)換材料

基團修飾：PPVMEH-PPVCa/MEH-PPV/ITOVoc=1.6VJsc＝6μA·cm－2η=1％高分子光電轉(zhuǎn)換材料材料復合——功能耦合美國加州大學俞剛博士Heeger教授電子給體（D）——MEH-PPV電子受體（A）

——C60Voc＝0.8VJsc＝1.53mA·cm－2高分子光電轉(zhuǎn)換材料MEH-PPV與另一個PPV的衍生物CN-PPV配合使用，組成D-A網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光電池

Acceptor——Donor高分子光電轉(zhuǎn)換材料ITO/MEH-PPV:CN-PPV/AlVoc＝0.6Vη

＝6％

我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場發(fā)展經(jīng)過近20年的努力，已經(jīng)奠定良好的基礎(chǔ)。但在總體水平由于生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)水平較低、太陽電池的效率低，專用原材料國產(chǎn)化程度不高。專用材料如銀漿、封裝玻璃、EVA等尚未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，成本高。展望光伏產(chǎn)業(yè)價值鏈

Thankyou附錄資料：不需要的可以自行刪除日常設(shè)備點檢與潤滑點檢的定義：為了維持生產(chǎn)設(shè)備原有的機能、確保設(shè)備和生產(chǎn)的順利進行，滿足客戶的要求，按照設(shè)備的特性，通過人的“五感”和簡單的工具、儀器，對設(shè)備的規(guī)定部位（點），按照預先設(shè)定的技術(shù)標準和觀察周期，對該點進行精心的、逐點的周密檢查，查找有無異狀的隱患和劣化，使設(shè)備的隱患和劣化能夠得到“早期發(fā)現(xiàn)、早期預防、早期修復的效果；2.點檢與傳統(tǒng)設(shè)備檢查的區(qū)別（1）點檢管理的特點設(shè)備點檢，完全改變了設(shè)備檢查的業(yè)務機構(gòu)，改變了設(shè)備傳統(tǒng)性檢查的業(yè)務層次和業(yè)務流程，創(chuàng)造了基礎(chǔ)管理的新形勢，點檢管理與傳統(tǒng)的設(shè)備檢查形式的不同之處做如下所述：1）體現(xiàn)了設(shè)備管理思想的更新，現(xiàn)代化的技術(shù)裝備擔負著社會大生產(chǎn)的重要使命，生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量和經(jīng)濟效益將完全借助與生產(chǎn)設(shè)備來實現(xiàn)，往往一個小的故障，將會導致自動化設(shè)備的全線停產(chǎn)，其損失之大不可估計；因此，實行設(shè)備點檢的主要目的，其實就是實現(xiàn)針對性維修；2）達到以管為主，全員參加管理的目的。3）實現(xiàn)了維修的最佳化目標；（通過點檢，將設(shè)備故障消滅在萌芽狀態(tài)）4）成為了標準化的設(shè)備基礎(chǔ)管理作業(yè)方法；（2）傳統(tǒng)設(shè)備檢查的幾種形式1）事后檢查；設(shè)備在發(fā)生突發(fā)性故障以后，為恢復其故障部位的工作性能，以決定合理的修復方案和確定具體的內(nèi)容進行的對應性檢查；2）巡回檢查；按照預先設(shè)定的檢查部位和主要內(nèi)容實行粗劣的巡視工作；3）計劃檢查；根據(jù)預先設(shè)定的周期和檢查項目對設(shè)備進行檢查或?qū)Σ考M行解體檢查；4）特殊性檢查；零部件的品質(zhì)、精度等5）法定檢查；壓力容器、起重設(shè)備等（3）點檢與傳統(tǒng)設(shè)備檢查的區(qū)別；設(shè)備點檢完全區(qū)別于傳統(tǒng)的設(shè)備檢查，他使隱患和異常都能在故障發(fā)生前得到前當?shù)锰幚?，做到既?jīng)濟，又正確，因此，設(shè)備點檢，其實就是預防性的主動的設(shè)備檢查；另外“點檢”是一種管理制度，而傳統(tǒng)的設(shè)備檢查僅是一種進行檢查的方法。（4）如何點檢？按照全員設(shè)備管理的要求，操作人員必須參與設(shè)備的維修活動，其活動范圍及內(nèi)容，與管轄本區(qū)域設(shè)備的點檢員以協(xié)議的形式確定。因此，生產(chǎn)方在進行生產(chǎn)操作、檢查的的同時，要進行設(shè)備的狀態(tài)檢查。日常點檢內(nèi)容：利用“五感”點檢：依靠人的五官，對運轉(zhuǎn)中的設(shè)備進行良否。通常對溫度、壓力、流量、振動、異音、動作狀態(tài)、松動、龜裂、異常及電器線路的損壞、熔絲熔斷、異味、泄漏、腐蝕等內(nèi)容的點檢。邊檢查邊清掃：清除在生產(chǎn)運行過程中產(chǎn)生的廢料（液），防止被掩埋了的設(shè)備性能劣化或損壞，此項工作應在生產(chǎn)巡檢時及時進行，按程序及時處理劣化的設(shè)備，防止故障的擴大。做好緊固與調(diào)整：在五官點檢過程中，如已發(fā)現(xiàn)松動和變化時，在確認可以實施恢復和力所能及的前提下，應該給予緊固和調(diào)整，并記錄在案，及時的報告和傳遞信息。日常點檢的方法和技巧點檢表的確認：按設(shè)定的日常點檢表逐項檢查，逐項確認；點檢結(jié)果的處理：點檢結(jié)果，按照固定的符號記入日常點檢表內(nèi)，在交接班時交代清楚并向上級匯報，對發(fā)現(xiàn)的異常情況處理完畢，則要把處理過程、結(jié)果立即記入作業(yè)日志內(nèi)；對正在觀察、未處理結(jié)束的項目，必須連續(xù)記入符號，不能在未說明情況下自行取消記號，每班的點檢結(jié)果，生產(chǎn)班組長、工段長都要認真確認、簽字；不同要求的三種點檢：根據(jù)不同崗位，不同要求，一般每個作業(yè)班，都要進行三種點檢：靜態(tài)點檢：停機點檢，要求要做到逐項逐點進行；動態(tài)點檢：不停機點檢，要求要做到逐項逐點進行；重點點檢：隨機進行，重點部位認真檢查；2）良否點檢在使用“五官點檢法”，需要判別檢查點良否的知識如下：振動：人體對振動的感覺極限，一般在適當?shù)霓D(zhuǎn)速下，振幅在5微米時，就不容易感覺到。當一臺19～90千瓦、3000r/min交流電機，安裝在牢固的基礎(chǔ)上，其單振幅允許在50微米以下。用手判別振動良否，可以用一只鉛筆，筆尖放在振動體上，如果垂直放置的鉛筆，發(fā)生激烈的上下跳動，而且向前移動時，就有超值的可能，需要用專用的“振動儀”測定振動值。溫度：使用溫度計在設(shè)備點檢過程中，往往采用手指觸摸發(fā)熱體來判別溫升值是否屬于正常，用手指觸摸判別溫度的技巧是：用食指和中指放在被測的物體上，根據(jù)手指按放以后，人能忍受時間的長短，來大致判斷物體的溫度：具體參數(shù)如下，具體運用過程要考慮到人的皮膚質(zhì)感，季節(jié)的不同：設(shè)備溫度(攝氏度）觸摸忍受時間（秒）設(shè)備溫度(攝氏度）觸摸忍受時間（秒）5060以上70253約30751.55510～12801605850.5653松動知識：用目視觀看螺栓是否松動，一般在緊固螺桿上總沾有油灰，在存在松動螺栓上的油灰、形態(tài)有別于松動的螺栓，往往會出現(xiàn)新色、脫落的痕跡；用手錘敲擊被檢查的螺栓，若敲擊聲出現(xiàn)低沉沙啞的情況，同時觀察螺栓周圍所積油灰出現(xiàn)崩落的現(xiàn)象，基本上能判斷出是否存在松動現(xiàn)象，對存在懷疑的螺栓用扳手緊固確認；最好在緊固螺栓時，用有色筆在螺栓和固定座之間劃一道直線，再次點檢時，若發(fā)現(xiàn)直線對不準，說明螺栓已經(jīng)松動；聲音知識：對傳動設(shè)備是否存在缺油、斷油、精度損失，可以用側(cè)聽聲音的辦法來判別其狀態(tài)，常用的是“聽音棒”，判斷的正確取決于各人的經(jīng)驗。軸承：軸承的正常轉(zhuǎn)動聲音是均勻、圓滑的轉(zhuǎn)動聲，若出現(xiàn)周期性的金屬碰撞聲，則預示著軸承的滾道、保持架有異常，當出現(xiàn)高頻聲，則往往是少油、缺油現(xiàn)象，結(jié)合溫升進行綜合判斷。對電動機的磁聲判別：正常的磁聲是連續(xù)的、輕微的、均勻的沙沙響聲，有異物進入定轉(zhuǎn)子的間隙或偏心時，這種連續(xù)聲被破壞，不在出現(xiàn)；聽聲時，一定要集中思想，腦子要專心捕捉特定頻率的聲音，這樣當其它頻率的聲音進入耳中時才會被濾掉。味覺知識：通常不太常用“嘗”，因要進入口中需要特別謹慎，除非在特殊的場合，如電化學，急需鑒別酸性、堿性時，在確保對身體無害時，方可實施。引起設(shè)備故障原因分析1）造成設(shè)備性能劣化的原因；a:使用原因：設(shè)備的負荷運行造成劣化，但運行條件、操作方法的不同造成劣化程度不同；b：自然原因：潮濕生銹，天長日久的自然磨損、變形，時效老化等；C：災害原因：天災、狂風暴雨、地震等等；上述的原因引起設(shè)備的結(jié)果就出現(xiàn)了由于磨損、腐蝕等的減損，由于沖擊、疲勞等的破壞，由于原料黏附灰塵引起的污損等現(xiàn)象，直至設(shè)備原有性能不能充分發(fā)揮，這就叫做設(shè)備性能劣化；2）機能劣化：a:轉(zhuǎn)動和滑動部分出現(xiàn)機能劣化：磨損：由于運動摩擦引起接觸面的磨損；如齒輪、軸承、軸套等；損壞：由于磨損或受力作用（彎曲、剪切）而斷裂等；旋轉(zhuǎn)不好：轉(zhuǎn)動不靈活、滑動面粗糙等造成運動不靈活；操作不良：操作不正確或不按操作規(guī)程操作設(shè)備，或誤操作而造成故障；異聲：由于潤滑不良或異物落入造成轉(zhuǎn)動部位發(fā)生異聲；振動：轉(zhuǎn)動或滑動部位各種異常振動；漏油：潤滑部位出現(xiàn)泄漏；b:固定部分機能劣化現(xiàn)象和原因：松弛脫落：連接部位螺釘出現(xiàn)松弛和脫落；變形斷開：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形或切斷、折損等現(xiàn)象；腐蝕、龜裂、受腐部位或構(gòu)件龜裂；c:電器部分劣化現(xiàn)象和原因：電器燒損、絕緣不良等；線路接點的短路或斷路；電器整流不良；電參數(shù)的漂移；設(shè)備出現(xiàn)劣化，原因較多，除了上述的原因，還可能有工藝熔損、機件或其它部分出現(xiàn)剝落或破斷造成設(shè)備故障；（3）上述原因從設(shè)備本體質(zhì)量、維修質(zhì)量、點檢質(zhì)量和操作保養(yǎng)等方面來分析，這些原因又可歸納為以下四個方面：1）設(shè)備本身原因：設(shè)備本體素質(zhì)不高，設(shè)計不合理，機件強度不夠，形狀結(jié)構(gòu)不良，使用材料不當，零部件性能低下，集體剛性欠佳造成斷裂、疲勞和蠕變等現(xiàn)象。2）日常維護的原因：點檢、維護質(zhì)量不高，污垢異物混入機內(nèi)，設(shè)備潤滑不良。緊固不良、絕緣接觸不良，造成機件性能低下，機件配合松動，短路、得不到及時改善和調(diào)整等現(xiàn)象。3）修理質(zhì)量的原因：維修質(zhì)量低劣，修后設(shè)備安裝不好，零配件配合不良，裝配粗糙，組裝精度不高，選擇配合不合要求，造成偏心，中心失常、振動、平衡不佳等現(xiàn)象；4）操作及其它原因：操作水平低、操作保養(yǎng)質(zhì)量差，超負荷運轉(zhuǎn)，工藝調(diào)整不良，誤操作，拼設(shè)備、不清掃、溫濕控制差，欠保養(yǎng)，風沙、浸水、地震，造成設(shè)備運轉(zhuǎn)失常等現(xiàn)象。設(shè)備潤滑常識一、使用潤滑油過程中油品變黑是否正常?答：油品發(fā)黑原因有三：

(一)潤滑油變質(zhì)，(二)零件磨損，(三)雜質(zhì)進入油箱，如果使用過程中無雜質(zhì)進入油箱，則可以認為潤滑油本身質(zhì)量有問題，應更換油的品牌，潤滑油使用一段時間后顏色略有加深屬正常，但不應變得很黑。二、舊設(shè)備可以用差一些的油?

答：一般情況下，設(shè)備的磨損件是經(jīng)過表面處理的，因此零件表面硬度較高，不易磨損，但零件內(nèi)部較軟，舊設(shè)備有的零件表面已有磨損，因此用較差潤滑油更會加速零件的磨損。我們建議不要用較低級的或較差的潤滑油。三、為什么其他油品不能