染料敏化太陽(yáng)能電池

染料敏化太陽(yáng)能電池第1頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能電池概述1

納米及改性TiO2在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用2提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法3納米TiO2與生物相結(jié)合技術(shù)4Contents第2頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

太陽(yáng)能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，我們只需要利用其中很小的一部分就可以滿足人類的需要在太陽(yáng)能的有效利用當(dāng)中，太陽(yáng)能光電利用是近些年來(lái)發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是解決世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境污染的一條重要途徑。太陽(yáng)能電池的研究意義：第3頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)：第4頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多元化合物

非晶硅多晶硅單晶硅納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史：太陽(yáng)能的發(fā)展：1954年Bell實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池，效率為6%。第5頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能電池的比較：第6頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月禁帶寬度光電轉(zhuǎn)化效率環(huán)保④材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且性能穩(wěn)定制作太陽(yáng)能電池材料的一般要求：①半導(dǎo)體材料的禁帶寬度不能太寬②具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率③材料本身對(duì)環(huán)境無(wú)污染穩(wěn)定性第7頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能電池概述1

納米及改性TiO2在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用2提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法3納米TiO2與生物相結(jié)合技術(shù)4Content第8頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一方面納米TiO2具有良好的光電轉(zhuǎn)換能力，故一般將其修飾到透明的導(dǎo)電玻璃上作為光陽(yáng)極。在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用另一方面納米TiO2膜表面具有多孔的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)吸附作用把染料固定在納米TiO2表面，以進(jìn)一步提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。所以納米TiO2在太陽(yáng)能電池上受到人們的普遍關(guān)注。

TiO2在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用：第9頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二步第一步制備鈦的氫氧化物凝膠即前軀體，反應(yīng)體系有四氯化鈦與氨水體系和鈦醇鹽與水體系等。在這個(gè)過(guò)程中生成的凝膠大多是無(wú)定形，需要進(jìn)一步結(jié)晶。將凝膠轉(zhuǎn)入高壓釜內(nèi)，按一定的升溫速度加熱，達(dá)到所需溫度(<250℃)，恒溫一段時(shí)間，卸壓后洗滌、干燥即可得到納米級(jí)的二氧化鈦。納米TiO2粒子的制備方法：第10頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶膠凝膠熱蒸發(fā)電子束磁控濺射在大于10-3Pa真空下用鎢、鉬電阻發(fā)熱至2000℃左右，使TiO2膜材料氣化，獲得足夠分子自由程及能量而沉積在被鍍工件上形成不大于1um厚度TiO2薄膜。加速電子束轟擊陽(yáng)極TiO2膜材料，使TiO2獲得熱能而真空氣化沉積凝結(jié)于被鍍工上，形成厚度不大于1um的薄膜。TiO2陰極靶材，受到高速陽(yáng)離子氣體的動(dòng)能、動(dòng)量撞擊傳輸，濺射高能的TiO2分子或分子團(tuán)，這種獲能粒子在電場(chǎng)作用下飛奔并沉積在陽(yáng)極基板上。納米TiO2薄膜的制備方法：制備溶膠，溶膠通過(guò)涂覆或者提拉浸泡法在電極上附著、晾干，最后通過(guò)在馬弗爐中煅燒或紅外燈烘烤等方法進(jìn)行熱處理。第11頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月改性研究輻射到地球表面的太陽(yáng)光中可見(jiàn)光43%，紫外光占4%，TiO2的禁帶寬度為3.2eV，吸收位于紫外區(qū)，對(duì)可見(jiàn)光的吸收較弱。DSSC電池把染料吸附在TiO2表面，借助染料對(duì)可見(jiàn)光的敏感效應(yīng)，增加了整個(gè)染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的吸收率。增加對(duì)太陽(yáng)光的利用率提高半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換效率納米TiO2的改性研究：第12頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在絕對(duì)零度溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶是滿帶，受到光電注入或熱激發(fā)后，價(jià)帶中的部分電子會(huì)越過(guò)禁帶進(jìn)入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導(dǎo)帶，價(jià)帶中缺少一個(gè)電子后形成一個(gè)帶正電的空位，稱為空穴，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴合稱為電子－空穴對(duì)。光電轉(zhuǎn)換原理：禁帶空帶e-滿帶導(dǎo)帶電子躍遷示意圖上述產(chǎn)生的電子和空穴均能自由移動(dòng)，成為自由載流子它們?cè)谕怆妶?chǎng)作用下產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)而形成宏觀電流。第13頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DSSC原理示意圖：DSSC是由透明導(dǎo)電玻璃、TiO2、多孔納米膜、敏化染料、電解質(zhì)溶液以及鍍Pt對(duì)電極構(gòu)成的“三明治”式結(jié)構(gòu)電池。(4)處于氧化態(tài)的染料分子(S*)與電解質(zhì)(I-/I3-)溶液中的電子供體(I-)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而回到基態(tài)，染料分子得以再生；(5)在對(duì)電極附近，電解質(zhì)溶液得到電子而還原。光電轉(zhuǎn)換機(jī)理：(1)太陽(yáng)光(hv)照射到電池上，基態(tài)染料分子(S)吸收太陽(yáng)光能量被激發(fā)，染料分子中的電子受激躍遷到激發(fā)態(tài)(S*)；(2)激發(fā)態(tài)的電子快速注入到TiO2導(dǎo)帶中；(3)電子在TiO2膜中迅速的傳輸，在導(dǎo)電基片上富集，通過(guò)外電路流向?qū)﹄姌O；第14頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TiO2薄膜電極的表征：第15頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月染料敏化太陽(yáng)能電池的性能分析：能量轉(zhuǎn)換效率η的定義：—Pin太陽(yáng)光模擬器的入射折射功率密度—Voc開(kāi)路電壓—Jsc短路電流密度—FF填充因子由此計(jì)算出能量轉(zhuǎn)化效率。第16頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將TiO2電極從染料溶液中取出，用乙醇沖洗，洗去吸附在表面的染料，薄膜電極作為光陽(yáng)極，以鍍鉑電極為光陰極。用熱封膜將TiO2電極和鉑對(duì)電極封裝，從側(cè)面預(yù)留小孔中滴入電解液。把兩片玻璃稍微錯(cuò)開(kāi)，以便利用暴露在外面的部分作為電極的測(cè)試用。利用兩個(gè)夾子把電池夾住，這樣，你的太陽(yáng)能電池就做成了。染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝：第17頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能電池概述1

納米及改性TiO2在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用2提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法3納米TiO2與生物相結(jié)合技術(shù)4Content第18頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思路1思路2思路3思路4電解質(zhì)體系：液態(tài)電解質(zhì)存在如封裝困難,易泄露等問(wèn)題，用固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)替代對(duì)電極：以碳納米顆粒作為對(duì)電極改進(jìn)和完善多孔、高比表面積碳基等非金屬類對(duì)電極材料的制備工藝思路5提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法：薄膜電極:①改善TiO2薄膜制備方法孔的大小晶體類型②與窄半導(dǎo)體復(fù)合③過(guò)渡金屬離子摻雜④表面沉積貴金屬染料光敏化劑：主要有金屬配合物染料和純有機(jī)染料，通過(guò)共敏化方式可以拓寬電極的吸收光譜上轉(zhuǎn)換發(fā)光層：用上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料將紅外光轉(zhuǎn)換為電池可以吸收利用可見(jiàn)光和近紫外光第19頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能電池概述1

納米及改性TiO2在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用2提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法3納米TiO2與生物相結(jié)合技術(shù)4Content第20頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將酶燃料電池與光伏電池結(jié)合酶電極與光能轉(zhuǎn)換電極結(jié)合，通過(guò)一個(gè)多步驟的催化過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)生物催化的光能→電能的轉(zhuǎn)換。這種光/酶混合燃料電池為利用有機(jī)體實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換提供了一個(gè)新的思路。工作原理:當(dāng)光照射到陽(yáng)極，電子從激發(fā)態(tài)的染料(S*)轉(zhuǎn)移到涂有納米TiO2的導(dǎo)電FTO/IT0玻璃電極(CB)上，失去電子的染料(S*+)從酶電極氧化還原對(duì)NAD(P)H/NAD(P)+重新得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)镾0。葡萄糖脫氫酶氧化葡萄糖同時(shí)將S*+與NAD(P)+還原為NAD(P)H，這個(gè)電池還可以用乙醇作燃料。第21頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這種光/酶混合燃料電池的研究尚處于初級(jí)階段，目前只局限在對(duì)陽(yáng)極的研究，沒(méi)有與之配對(duì)的光/酶陰極，所以這種生物燃料電池僅能認(rèn)為是準(zhǔn)混合光/酶燃料