纳米二氧化钛太阳能电池.pptx

--------2005年4月第10卷第2期 新 余 高 专 学 报纳米二氧化钛太阳能电池;太阳能电池的原理及分类;硅系列太阳能电池中,单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。 ;(2)无机化合物太阳能电池如砷化镓、硫化镉、铜铟硒电池;;无机化合物太阳能电池作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。;(3)有机/聚合物太阳能电池;由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。;(4)纳米晶太阳能电池（纳米晶二氧化钛(TiO2)太阳能电池）; 寿命长：使用寿命可达15-20年;可用塑料或金属薄板使之轻量化，薄膜化;可使用各种色彩鲜艳的染料使之多彩化;另外???还可设计成各种形状的太阳能电池使之多样化; 开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高转换效率和降低成本。由于目前市场上的太阳能电池产品硅太阳能电池制造成本过高,不利于广泛应用。而九十年代发展起来的纳米晶二氧化钛(TiO2)太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能,已成为传统太阳能电池的有力竞争对手。其光电效率稳定在10%,制作成本仅为硅太阳能电池的1/5~1/10。寿命能达到2O年以上。因此自瑞士科学家Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学太阳能电池以来,纳米二氧化钛太阳能电池一直是太阳能电池研究的一个热点课题,因为其机理如内电阻和电子迁移率等影响其转换效率的因素一直存在争论。 ;染料敏化TiO2太阳能电池的手工制作;(3)把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结10～15分钟，然后冷却 2.利用天然染料为二氧化钛着色 ??? 如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。 ;3.制作正电极 ??? 由染料着色的TiO2为电子流出的一极（即负极）。正电极可由导电玻璃的导电面（涂有导电的SnO2膜层）构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的，利用手指也可以做出判断，导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上‘+’，然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。 ;4.加入电解质 ??? 利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原和再生染料。如图所示，在二氧化钛膜表面上滴加一到两滴电解质即可。 ;5.组装电池 ??? 把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露在外面的部分用以连接导线。这样，你的太阳能电池就做成了。 ;6.电池的测试 ??? 在室外太阳光下，检测你的太阳能电池是否可以产生电流。 ;⑴ 染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态;? ⑵ 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中; ⑶ 电子扩散至导电基底，后流入外电路中; ⑷ 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生⑸ 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环; ⑸ 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环; ⑹ 和 ⑺ 分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合。;影响因素;(2)染