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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划染料敏化太阳能电池光阳极材料tio2CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY新能源材料文献综述题目：染料敏化太阳能电池与钙钛矿太阳能电池概述学班级:专XX年1月4日染料敏化太阳能电池钙钛矿太阳能电池概述一、引言进入21世纪，世界人口的剧烈增长和环境污染的日益严重，还有能源的枯竭以及生态环境的破坏，使人类对能源尤其是清洁的新能源的开发利用有了更大的需求。太阳能是一种可再生能源，并且具有取之不尽，功率巨大，使用安全等优点，引起了人们极大的关注,而太阳能
2、电池是开发利用太阳能最有效的方法之一。近年来太阳能电池的产量以每年30%的速度增长。预计到本世纪中叶，它将占世界总发电量的1520%。太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能的，是对环境无污染的可再生能源。它的应用可以解决人类社会发展在能源需求方面的问题。太阳能是一种储量极其丰富的洁净能源，太阳每年向地面输送的能量高达31024焦耳，相当于世界年耗能量的万倍。因此太阳能电池作为人们利用可持续的太阳能资源，是解决世界范围内的能源危机和环境问题的一条重要途径。然而，提高太阳能电池的转化效率以及降低成本一直是学者们努力的方向。其中，染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池以其低价的成本和较高的转
3、化效率获得了科学家们的青睐。摘要：关键词：染料敏化太阳能电池纳米多孔半导体单一敏化染料准固态电解质固态电解质染料敏化太阳能电池的效率钙钛矿太阳能电池钙钛矿材料CH3NH3PbX3的制备方法钙钛矿太阳能电池研究进展二、染料敏化太阳能电池的相关研究工作原理当太阳光照射在染料敏化太阳能电池上，染料分子中基态电子被激发，激发态染料分子将电子注入到纳米多孔半导体的导带中，注入到导带中的电子迅速富集到导电玻璃面上，传向外电路，并最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子随即被还原态的电解质还原。然后氧化态的电解质扩散到对电极上得到电子再生，如此循环，即
4、产生电流。电池的最大电压由氧化物半导体的费米能级和氧化还原电解质电对的电位决定。染料敏化太阳能电池的研究现状光阳极上纳米多孔半导体的研究进展DSSC光阳极上的半导体材料多采用纳米多孔TiO2，它是染料分子的载体，同时分离并传输电荷。目前光阳极的研究重点主要是两方面：寻找制备半导体光阳极薄膜时，可以增大TiO2比表面积和改善TiO2表面活性的方法；由于电子在TiO2薄膜中电子的传输阻力大，影响电池转换效率的进一步提高，故寻找可以替代TiO2的其它半导体材料。制备光阳极纳米多孔薄膜的方法很多，包括溶胶-凝胶法，粉末涂敷法、水热法、液相沉积法、化学气象沉积法、电化学法等。其中粉末涂敷法在工业生产中称
5、为丝网印刷法，具有工艺简单、适合大规模生产等优点，为电池的大规模工业化定了基础。以上方法所制得的都是无序膜，内在的传导率较小，不利于电荷载流子的分离和传输。电子在纳米晶网络的传输过程中与电子受体的复合也会引起电流的损失，在电极面积放大时尤为突出。未来膜电极的发展方向是制备高度有序的薄膜结构，如纳米管、纳米棒、纳米线、纳米阵列等。这些氧化物半导体薄膜垂直平行排列于导电玻璃片的表面，其结构的有序性，利于电子空穴对的分离和传输且易于控制，有望进一步提高短路电流和开路电压。Nicholas等比较了高度有序的TiO2纳米棒阵列、高度有序的TiO2纳米管阵列、烧结的纳米TiO2粉体薄膜的光电转换效率，结果
6、表明高度有序的TiO2纳米棒阵列薄膜作为光阳极时，光电转换效率最高，达到了%。敏化染料的研究进展A.单一敏化染料的研究进展敏化染料按其结构中有无金属离子或原子分为无机染料和有机染料两大类。无机染料主要是指金属有机络合物，包括钌基多吡啶络合物、金属卟啉、金属酞菁、吲哚以及无机量子点染料；有机染料包括两大类，即天然染料和人工合成染料。无机染料中研究比较多的是钌系多吡啶配合物，最近，Gratzel小组报道了2种新的混配多吡啶钌配合物C101和C102，通过扩展辅助配体的共轭提高了染料的摩尔消光系数，C101的IPCE在480660nm光谱范围内超过80%，在580nm处达到最大值89%。C101敏化
7、剂在初步测试中即获得了%的高转化效率值，是目前钌吡啶络合物中总体性能最优光敏剂。目前有机染料中得到最好结果的是吲哚啉类染料D205，敏化后电池的效率达到%。B、准固态电解质考虑到液体电解质的不足，准固态电解质和固态电解质的研究越来越受到重视。一般来讲，准固态电解质是在液体电解质中加入凝胶二氧化钛空心球的制备及其在染料敏化太阳能中的应用摘要：染料敏化太阳电池(DSSC)因具有结构简单、理论光电转换效率高,比非晶硅太阳电池成本更低廉等优点，而成为下一代太阳电池的研究热点。二氧化钛更是DSSC光阳极的主要材料。本文简单介绍了染料敏化太阳能电池的原理，TiO2光阳极对DSSCS效率的影响，以及TiO2
8、空心球在其他方面的应用；主要介绍了TiO2空心球的制备方法和表征方法。关键词：二氧化钛；空心球；染料敏化；太阳能引言：染料敏化太阳电池(DSSC)因具有结构简单、理论光电转换效率高,比非晶硅太阳电池成本更低廉等优点，而成为下一代太阳电池的研究热点1。DSSC由三部分组成，即含染料敏化TiO2纳米晶膜的光阳极、电解质和对电极，整个电池呈“三明治”式结构。电解质通常含I/I3氧化还原电对，处于两电极之间，起到联通光阳极和对电极作用，使DSSC光电转换过程顺利进行。在光电转换过程中，二氧化钛纳米材料发挥了非常重要的作用，包括吸附染料、分离激子、传输光生电子等。因此其晶型、晶粒大小、形貌和比表面积等因
9、素对DSSC的光电性能均有直接影响2,3。TiO2是一种价廉、无毒、稳定且抗腐蚀性能良好的半导体材料,它的吸收范围在紫外区，因此须进行敏化处理。在染料敏化太阳能中，为了提高光捕获效率和量子效率，可以将半导体二氧化钛纳米化、多孔化、薄膜化。这样的结构使TiO2具有高比表面积，使其能吸附更多的单层染料分子，只有紧密吸附在半导体表面的单层染料分子才能产生有效的敏化效率。另外，这种结构的电极，其表面粗糙度大，太阳光在粗糙表面内多次反射，可被染料分子反复吸收，从而大大提高太阳光的利用率。本文研究的TiO2中空球相对密度小，比表面积较大，而且粒度在几百纳米到一微米之间时捕光效率较高，且在长波长区具有高反射
10、能(来自:写论文网:染料敏化太阳能电池光阳极材料tio2)力，提高了光的吸收效率。另外，由于由中空球制备的薄膜中球与球之间互穿，紧密排列，有大的内表面积，所以载流子移动速度较大，能有效提高光电转化效率。1DSSC的结构及工作原理以及TiO2光阳极对DSSC效率的影响DSSC的结构及工作原理DSSC主要由导电基底、纳米多孔氧化物薄膜、染料敏化剂、电解质和对电极等几部分构成。当DSSC的导电基底具有柔性时，所组装的电池就是柔性DSSC。其工作原理4,5如图1所示，电池依靠吸附在TiO2纳米晶膜上的染料分子吸收太阳光能量，使染料分子中的电子受激跃迁到激发态，激发态的电子将会快速注入到TiO2导带中，
11、染料分子因失去电子变成氧化态，注入到TiO2导带中的电子在TiO2膜中的传输非常迅速，可以瞬间到达膜与导电基底的接触面，并在导电基片上富集,通过外电路流向对电极。处于氧化态的染料分子，由电解质(电解质的选择随染料敏化剂的不同而不同，主要由I-和I3-组成)溶液中的电子供体(I-)提供电子而回到基态，染料分子得以再生。电解质溶液中的电子供体(还原剂)在提供电子以后，形成I3-并扩散到对电极，得到电子而还原。从而完成一个光电化学反应循环，也使电池各组分都回到初始状态。具体过程可以用以下的式子表示:染料染料*(S*)(染料激发)S*+TiO2-(TiO2导带)+氧化染料(S+)(产生光电流）S+3I
12、-3-(染料还原)I3-+2e-(阴电极-(电解质还原)I3-+2e-(TiO2导带-(暗电流)图1DSSC的工作原理TiO2光阳极对DSSC效率的影响在光电转换过程中，二氧化钛纳米材料发挥了非常重要的作用，包括吸附染料、分离激子、传输光生电子等。因此其晶型、晶粒大小、形貌和比表面积等因素对DSSC的光电性能均有直接影响。TiO2的吸收范围在紫外区,因此须进行敏化处理。在染料敏化太阳能中，为了提高光捕获效率和量子效率，可以将半导体二氧化钛纳米化、多孔化、薄膜化。这样的结构使TiO2具有高比表面积,使其能吸附更多的单层染料分子，只有紧密吸附在半导体表面的单层染料分子才能产生有效的敏化效率。另外，
13、这种结构的电极，其表面粗糙度大，太阳光在粗糙表面内多次反射，可被染料分子反复吸收，从而大大提高太阳光的利用率。快速的电子迁移速率是提高光阳极半导体性能的重要因素。在传统的纳晶薄膜电极中，人们利用纳米颗粒的结构提供了巨大的表面积，还可以利用大小颗粒多层沉积来增强对光的散射吸收，但是由于颗粒之间并非紧密堆积，电子传输到集流体的路程增加，而且颗粒之间界面众多，传输的电子会损失很大，导致电池内阻增加。对于阵列纳米棒或纳米管结构而言，电子很容易沿着纳米棒传输到导电层，但同时这种结构导致电极比表面积有限，不能更好地发挥DSSCs巨大表面积转化光能量的优越性。而由很多纳米颗粒共结晶的TiO2微球制备成光阳极
14、后，这种TiO2微球具有很高的电导率又能提供可观的比表面积。2TiO2空心微球的制备制备和开发空心二氧化钛已成为国内外科技界新的研究热点。其制备方法有多种,包括溶胶-凝胶法、水热合成法、室温水解法等。模板法模板法是将具有特定空间结构和基团的物质“模板”引入到基材中，随后将模板除去来制备具有“模板识别位”的基材的一种手段。用模板法以获得具有分离识别吸附等功能的材料的制备技术就是“模板技术”。模板技术源于生物矿化过程，并越来越多地受到人们的关注。模板法由于孔的大小和形状由模板决定，只要制得合适的模板就能控制孔的大小和形状。直接的或真模板技术是指由模板法制得的材料与模板是1:1的复制关系，在材料制备
15、过程中模板结构在有序度和尺度上没有变化相对于直接模板而言，非直接模板法则会产生模板的变形重构6。通过控制前驱体在核模板表面的沉淀或表面反应，利用内核与壳层间的化学或静电亲和作用来形成表面包覆的核壳结构，用加热或化学反应的方法去除核模板，就得到了纳米或微米尺度的空心球结构，球的大小由模板颗粒的尺寸决定。目前，人们用这种方法合成了TiO2、CuO、SiO2以及有机/无机复材料等的空心微球7。Yang等人8用硫酸处理过的PS溶胶粒子作模板，钛酸丁酯在直流电场下发生溶胶凝胶过程，煅烧除去PS后，形成的TiO2空心球具有层柱状的球壳用此方法可合成由金红石型或锐钛矿型TiO2晶体等组成的空心球。溶胶凝胶法溶胶凝胶技术可以看作是一种快速固化技术，是制备纳米结构材料的特殊工艺9。溶液凝胶法的基本原理是以液体的化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物经聚集后，一般生成1nm左右的粒子并形成溶胶。溶胶凝胶法是制备纳米TiO2的方法中很重要的一种方法。与其它方法相比，该法具有反应物多，各组分混合均
