染料敏化TiO2太阳能电池制备及实验研究摘要：由于一次能源的不断消耗，开发利用新能源迫在眉睫，现已成为世界各国科学工作者的共同目标。燃料敏化太阳能电池具有多种独特的光学和电学特性进入研究者的视野。本文致力于染料敏化TiO2太阳能电池的制备与特性分析，探究了分散剂、0P乳化剂、电解质溶液中碘离子与碘浓度对染料敏化TiO2太阳能电池性能的影响，为实际的生产应用提供参考。关键词：太阳能电池;染料敏化;TiO2薄膜中图分类号：TM914.4文献标志码：A文章编号：1674-9324(2016)40-0283-02伴随世界经济的发展，人们对能源的依赖也逐渐增加，能源需求正逐步扩大。根据《2015年BP世界能源统计年鉴》数据，2014年全球一次能源消费构成仍以化石能源为主，消费量达到111.58亿吨油当量［1］，占总体能源消耗结构的86.3%，其中以强污染为代表的煤炭和石油在能源消耗结构中比重较高。这种极不合理的消费结构会导致两个重大问题：一是能源危机，二是环境污染。从世界一次能源消费量增速来看，2014年仅有0.9%［1］，且化石燃料的比例逐渐下降，可再生能源在消费结构中呈逐年上升趋势。说明全球各国正逐渐意识到可持续发展的重要性，并且已经采取措施进行节能减排和优化能源结构，如今开发利用可再生能源已是全人类的共同愿望。目前进入实用领域的主要是硅系太阳能电池，硅系太阳能电池的光电转换效率高通常超过20%，但是缺点也尤为明显，它的制作工艺较复杂，生产成本高达为20〜40元/W，大大限制了在社会生产中的推广和使用［2］。因此人们一直在寻找新型的太阳能电池来替代成本高昂的硅系太阳能电池，染料敏化太阳能电池应运而生。染料敏化太阳能电池（简称DSC或DSSC），是20世纪90年代发展起来的一种新型太阳能电池，它工艺简单、性能稳定、拥有较高的光电转化效率，生产成本仅为5〜10元/W。这种新型太阳能电池是由瑞士的GrAtzel教授领导的研究小组基于自然界中的光合作用原理首次提出的［3］，他们利用纳米多孔TiO2膜作为阳极，在其表面吸附一层对可见光有很强的吸收能力且能级与TiO2匹配的染料，通过染料分子对TiO2敏化达到对可见光的吸收，能级与可见光相匹配的染料对太阳光进行吸收并且把光生电荷传输到TiO2薄膜，实现有效的电荷分离。一、染料敏化TiO2太阳能电池的结构与原理1.DSSC的结构。染料敏化TiO2太阳能电池主要由三个部分组成［4］:①多孔TiO2薄膜电极（光阳极）；②电解质;③对电极。其中TiO2薄膜电极由导电玻璃、TiO2薄膜和染料敏化剂组成，对电极由惰性金属和导电玻璃组成，染料敏化剂的作用相当于叶绿体中的叶绿素。2.DSSC的原理。染料敏化TiO2太阳能电池的基本原理类似于植物的光合作用，染料敏化剂吸收太阳光后发生氧化反应，产生的电荷传输到TiO2薄膜上，流过光阳极、外电路、对电极形成电流，到达电解质发生还原反应产生13-，最后13-将氧化的敏化剂还原，自身变回12，并且不断循环。在整个循环过程中，敏化剂与电解质充当催化剂作用，不会因为电池的使用而消耗，从而保证了电池的长时间高效工作。具体的循环过程如下：①吸附在TiO2薄膜上的染料敏化剂分子（S）在光照下吸收能量跃迁为激发态染料分子（S*）:S+hv^S*。②激发态染料分子（S*）失去电子转化为氧化态染料分子（S+）:S*-e-—S+。③氧化态染料分子（S+）将电子注入到TiO2半导体的导带中。④电电路传输至对电极。⑤电解质中12分子从对电极得到电子形成还原态的I3-:l2+e-—l3-。⑥还原态13-将氧化态染料分子（S+）还原为基态染料分子（S）:I3-+S+I2+S。、实验过程1.实验试剂和仪器。ITO导电玻璃（100mmX100mm）、二氧化钛粉体（P25）、乙酰丙酮（分析纯）、OP乳化剂（化学纯）、碘（分析纯）、碘化钟（分析纯）、乙腈（分析纯）、乙二醇（分析纯）等。2.实验过程。第一步：配制TiO2胶体。称取12gTiO2粉体放入研钵中，加入水少量、0.60ml乙酰丙酮、0.40mlOP乳化剂，用研棒研磨1小时，得到白色的TiO2胶体。第二步：涂覆法制备TiO2薄膜。在导电玻璃导电一侧的四周贴一层透明胶带中间留出60mmX60mm的区域，把TiO2胶体均匀地涂抹在中间，自然晾干后撕开胶带用酒精灯烧结30分钟至薄膜完全固化，再子流由半导体纳米T...