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1、纳米材料在染料敏化太阳能中的应用姓名：黄永学号;5802109011班级：环化学院环工091摘要：随着化石能源的逐渐枯竭以及温室气体导致的全球气候变化加剧，寻 求新的替代能源及如何减少温室气体的排放等问题，本文将论述染料敏华太阳能 的现状，儿种常用的能在敏化太阳能中应用的纳米材料和前景关键词：染料敏化太阳能电池、纤维状无TCO染料、透明导电氧化物薄膜 TCO等，太阳能是干净、无污染的能源，而且取之不尽、用之不竭近年来，太阳能电 池的发展非常迅速，已经广泛应用在国民经济的许多领域。如何提高太阳能电池 的光电转化效率以及降低制造成本，才前已成为发展太阳能电池工业的研究重点1染料敏化太阳能电池进展和
2、现状和研究重点和进展1.1染料敏华太阳能的现状.在太阳能电池中，染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，它首先是 在1991年由瑞士科学家Michael Gratzer和Brian ORegan发明的染料敏化纳米 晶太阳能电池（DyeSensitized Nanocrystalline Photovoltaic Solar Cells）是一种非 常有应用前景的清洁太阳能装置，它具有结构简单、成本低廉、易于制造等优点, 对光强度变化和温度变化不敏感，光电转化效率较高，光稳定性好，对环境无污 染。因此，自它诞生之日起就受到了人们的广泛关注。经过十多年的发展，染料 敏化纳米品太阳能电池的光电转化效
3、率已稳定在10%左右（Do此项研 究也已 列人我国的”973”计划中。目前的研究主要集中在新染料的合成、新型半导体纳 米品薄膜材料的制备、新型固态电解质的合成以及电池的设计和封装工艺等方面2.儿种常用的敏华材料2.1扬包象料（对抵军材料的建束）釜仍缕料分孑的伐厦妥电孑华成社注入的关缝国奏，&为完及初缕料飨贝有以下金牛 对二氧仍欢曲米昂偌枸的半导体电梃表而有仗约的股附佐，即能磅任 匮达到暇附年街，而1彳名晚藉：自初见宠虫有彼形的、冬堡宣的股收带： 缕料的刻亿各和激曲各建有菠息的蔻定倦；激威么寿命卫磅长，0国奋怨宿的 电初传筋愈幸，以将筵长电孑-空穴分感时尚，对电孑的注入兹幸有决定俺H用； 国有卫
4、够黄的激威冬刻亿区原电芳，以侈山象料激岌冬电孑注入二刻仞欢导带尘履有机祝食亿合物、轮有机肆料、天必:植物堤阪物等都可作方无检刻.5中Ru（ 11）（4,4 -二猿碇2,2 - /觥唆）2（SCN）2卷径有威珑俊髭最约的 务配合幼电有勤籍及仍刻（2）2.2儿种常用的染料敏华材料2.1.1日本开发出“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池”来自日本的研究人员开发出一种“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池 (fiber-type TCO-less dye sensitized solar cell),这种太阳能电池是将染料敏化太 阳能电池层，环绕着一根长3.5厘米(cm)、直径9毫米(mm)玻璃纤维所组成。
5、该研究团队来日本九州岛科技大学的生命科学与系统工程研究所，其研究人 员将一层氧化钛、一层敏化颜料，以及一层多孔钛(porousTi)作为电极(正极);一 层包含碘等电解质的多孔层，以及一层白金(Pt)与钛作为另一端电极(负极)。将上述两种电极顺序环绕着玻璃纤维;而除了该玻璃纤维的两端，整个太阳 能电池都以钛覆盖着将光线从玻璃纤维的一端透进去，光就会被太阳能电池中 的染料所吸收，并转换成电力;而若是该纤维稍有倾斜，在光线从另一端出去之 前，就不会在表面下的玻璃造成完全反射。目前该种太阳能电池所展现的转换效率，在使用某种染料的情况下仅稍高于 1%,该数字稍低了些，且由于该种电池使用的玻璃纤维有9m
6、m直径，长度却只 有1.5公分左右，因此大约有九成从纤维的一端入射，从另一端出去的光线并没 有被转换。预计未来该种太阳能电池的净转换率(net conversion efficiency)可望达到 10%,被浪费的光线问题能透过增加光纤的长度或是减少纤维直径来克服。而该种新型太阳能电池与标准染料敏化太阳能电池的一个最大差异，是新电 池并不使用透明电极(透明导电氧化物薄膜TCO),研究人员计划利用尚未被现有 染料敏化太阳能电池所使用的近红外线(near-infrared)能源，来产生电力。(3)2.1.2夏普研究染料敏化太阳能电池以降低生产成本据海外媒体报道，夏普己开始研发染料敏化太阳能电池(D
7、SSCs),希望第2 世代的太阳能电池能大幅降低生产成本，并助公司在充满竞争的市场上取得先 机。这项研究主要在Sharp结晶太阳能电池事业部进行，该事业部位于奈良县葛 城市，该公司预计在2020年左右，将该产品商业化推出。该公司研究人员表示，高光电转换效率的维形电池，大多为深绿色，因为这 是最适合吸收太阳光的颜色，同时也较不会产生颜色不均的现象。通常用于油漆之类的有机染料，含有金属复合体，一接收到太阳光，便会释 出电子。利用这项特点，将染料与电解液置放在导电板两侧，可从中产生电力。 制造的原理很简单，但是要选择何种染料与电解液做结合，却令人伤透脑筋，因 为光电转换效率的好坏，与选材的关系密切，
8、研究人员必须反复测试不同材料的 组合，以求提高光电转换效率。受到口本新能源产业科技发展组织(NEDO)的委托，夏普希望在2009年会计 年度结束前，将每900平方公分的DSSCs光电转换效率提高8%。去年该公司成 功制造出每25平方公尺光屯转换效率达8.2%的DSSC,目前为全球该尺寸最高光 电转换率的DSSCo夏普研发一部总经理表示：“我们目标是将转换率提高超过10%,推出商 业化的DSSCo ”因为目前主流的单晶硅太阳能电池，其模块光电转换效率已达 约 15%o (4)3.例米材料在臻斜敏仍阳能中的应用榆旻耳前市场上的太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅两种。但这两种太阳能电池最 大的问题在于工
9、艺条件苛刻，制造成本过高，不利于广泛应用。而上世纪90年代 出现的纳米TiO2有机半导体复合太阳能电池和有机/聚合物太阳能电池，工艺条 件简单，成本较低，有可能成为21世纪太阳能电池的新贵。染料敏化太阳能电池 极有可能取代传统硅系太阳能电池，成为未来太阳能电池的主导能源是世界经济 发展的首要问题，当前，许多国家都把发展新能源作为应对金融危机、加快经济 复苏的重要举措。我国改善能源结构也必须积极发展可再生能源和新能源，不断 提高清洁能源在能源结构中的比重。作为一种“取之不尽、用之不竭”的洁净的天 然能源，太阳能成为最有希望的能源之一。目前研究和应用最广泛的太阳能电池 主要是硅系太阳能电池，但硅系
10、电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力 有限，其光电转换效率的理论极限值为30%,因此其民用化受到技术性限制，急 需开发低成本的太阳能电池。Q论：本丈裘童令诏3在形汤斜5乏的珑在，残们初以用以号家出路的的米材料 在缕料徵亿太阳能中的琨以1,前旻牝几神常见的谥亿材料，垣遂我们榆寿彳策 将其应用以工处住产中，怛是戒们枸存在彳义的将耒戒伟一定初以克服诸多与 碓，久仓成为我们以居的主建能海，(1) 施永明，赵宿凌，等.缕料篮亿的米携膜七阳能电池的砌兖伐屐J. (2 ) Ma Ting - li, Inoue K, Noma H,(3) 、 (4)裁松无，i绑彼案，等.伽米曷体仍孕太阳电地的砌布JN
11、anomaterials in dye-sensitized solar application ofName : huangyongnomber:5802109011grade:environmental engineeringSummary: with the gradual depletion of fossil energy and greenhouse gases result in global climate change exacerbates, seek new alternative energy and how to reduce greenhouse gas emissions and other issues, this article discusses the dye-Hua solar energy situation several common in sensitized solar in application of nano-materials and prospectsKey words: dye-sensitized solar cells, fibrous no TCO dyes, transparent conductive oxide film TCO, etc
