姓名課件密碼：20350
學號實驗時間：2012.5.9
實驗題目：奈米二氧化鈦太陽能電池的製備及其效能測試
組別: 第三組
【前言】
1、 實驗目的
1 了解奈米二氧化鈦染料敏化太陽能電池的組成、工作原理及效能特點。
2 掌握實合成奈米二氧化鈦溶膠、組裝成電池的方法與原理。
3 學會評價電池效能的方法。
2、 文獻綜述與總結
太陽能作為一種可再生能源，具有其它能源所不可比擬的優點) 它取之不盡，用之不竭，而且分布廣泛，**低廉，使用安全，不會對環境構成任何汙染) 將太陽能轉換為電能是利用太陽能的一種重要形式) 在過去的十幾年中，利用半導體光電化學電池替代常規固態光伏半導體太陽能電池來完成太陽能轉換的潛在經濟價值日益顯現) 在眾多的半導體材料中，tio2以其獨有的低廉、穩定的特點得到廣泛的應用)輻射到地球表面的太陽光中，紫外光佔4%，可見光佔43%，n型半導體tio2的帶隙為3.2ev，吸收位於紫外區，對可見光的吸收較弱，為了增加對太陽光的利用率，人們把染料吸附在tio2表面，借助染料對可見光的敏感效應，增加了整個染料敏化太陽能電池對太陽光的吸收率，由此構造了染料敏化太陽能電池-dssc（dye-sensitized solar cell）電池。
2023年瑞士洛桑高等工業學院的gratzel教授等在nature上發表文章，提出了一種新型的以染料敏化tio2奈米薄膜為光陽極的光伏電池，它是以羧酸聯吡啶釕（ii）配合物為敏化染料，稱為cratzel型電池) 這種電池的出現為光電化學電池的發展帶來了革命性的創新) 目前，此種電池的效率已穩定在10%左右，製作成本僅為矽太陽能電池的1/5~1/10，壽命能達到20年以上，具有廣泛的應用價值。
目前主要從事染料敏化太陽電池研發的機構有瑞士聯邦理工學院(epfl) 、澳大利亞sti( sustainable technology international)公司、德國inap研究所、歐盟以荷蘭國家能源研究所( ecn)帶頭的聯合團隊、日本產業技術綜合研究所(aist) 、日本日立公司、日本富士公司、日本peccell（桐蔭橫濱大學風險型企業，董事長：宮阪力教授）技術公司、瑞典uppsala（烏普薩拉）大學、瑞士的leclanche sa與solaronix公司及美國的konarka高技術公司等。以市場角度來看,已經有多家光電池的廠商陸續取得epfl的專利授權,包括sti、toyota / imra等。
澳大利亞sti公司在2023年5月1日建立了世界上第乙個中試規模工廠,於2023年10月完成,並在newcastle（紐卡斯爾）建立了面積為200 m2 電池示範屋頂,集中體現了未來工業化的前景。sti公司已開始**以bipv (building integrated photovohaies)為名的dssc陣列。
歐盟ecn研究所取得了面積大於1cm2電池的效率為: 8.18% ( 2.5cm2 ) 、5.8% ( 100cm2，平均4.5% )。
美國konarka高技術公司在2023年投資1350萬美元,對以透明導電高分子等柔性薄膜等為襯底的染料敏化太陽電池進行實用化和產業化的研究。在諾貝爾化學獎得主alan heeger的帶領下, konarka公司獨家研發的有機太陽能材料能夠通過一種類似於印刷報紙的卷裝進出生產工藝,印刷或噴塗於各種柔性基質上。konarka計畫2023年開始在中國大陸的投資與開發。
日本的elecsel是日本第一工業製藥和三井物產於2023年設立的一家風險企業,已開發出玻璃基底和塑料基底的染料敏化太陽電池。該公司希望其產品能在2023年左右達到實用水平,並認為2023年將是染料敏化太陽電池走向普及的乙個契機。
2023年9月,薄膜染料敏化太陽電池(dssc) 開發商peccell technologies公司近日宣布其已開發出電壓高達4 v(與鋰離子電池電壓相當)的薄膜染料敏化太陽電池。該器件的電極採用基於微型顆粒(由shoa denko kk(sdk)公司提供)的二氧化鈦漿料製成。此材料既適用於便攜裝置使用的薄膜型dssc,也適用於傳統玻璃基底型dssc。
peccell technologies公司開發成功的約12 cm ×12cm、輸出電壓4v以上、輸出電流0.1 a 以上的染料敏化太陽電池,計畫從2023年開始工業樣品供貨。該公司是以桐蔭橫浜大學研究生院教授宮阪力為中心成立的風險企業,該公司投資方除桐蔭大學與宮阪之外,還有昭和電工與小島化學藥品、藤森工業等。
2023年2月26日，日本peccell（桐蔭橫濱大學風險型企業，董事長：宮阪力教授）、藤森工業株式會社與昭和電工共同開發的大面積高效能塑料染料敏化太陽電池生產線試驗成功，在2023年提供樣品。據悉，peccell與昭和電工共同開發了用於tio2薄膜的低溫粘結劑，又與藤森工業合作開發了ito-pet導電薄膜，採用絲網印刷的方法，實現了低成本連續性生產。
此次開發的染料敏化太陽電池，元件單元寬0.8m，長2.1m，厚0.
5mm，重量每800g每平方公尺，是世界上尺寸最大、重量最輕的太陽能電池，即使在室內也可以輸出較高的電壓（100v以上）。此產品從2月27至29日，在東京第一次國際太陽電池展（pv expo2008）的會場公開展出。
2023年,日本日立公司在東京bigsight國際會展中心舉行的奈米技術展「nanotech 2004」上展示了染料敏化太陽電池的大尺寸面板,此次日立展示的是將4個每邊約為10 cm的電池面板連線起來的電池組件。該公司宣稱在實驗室內進行的光電轉換效率試驗中得出的資料為9.3%。
這是目前報道的大面積電池的最高效率。
2023年世界最大的太陽電池公司- 夏普公司報道了其研製的面積為101 cm2 的dssc 光電轉換效率達到了6.3%。同年,東京理科大學( tokyo university of science)的arakawa等使用黑染料( black dye)和銀柵極工藝製備出了尺寸為10 cm ×10 cm、光電轉換效率達8.
4%的大面積dssc元件。
2023年11月,由瑞士聯邦理工學院( epfl) 、荷蘭國家能源研究所(ecn)等四家歐洲研究機構組成的nanomax專案組以ecn研製的電池、epfl研製的高耐久電池、epfl研製的面積大於1cm2的電池和epfl研製的面積小於1 cm2的電池為測算基礎,公布了其大面積染料敏化太陽電池的成本目前為211～217歐元/wp,預計未來成本將下降到1歐元/wp以下。
日本和南韓是該類電池研究的兩支生力軍，他們在柔性電池和電池各類材料研究上都有很強的隊伍，特別是在有機染料的合成和應用上，採用吲哚啉類有機染料d205 作敏化劑，獲得了9.5%的光電轉換效率———這是目前有機染料效率的最高值。日本岐阜大學，採用電沉積zno 結合吲哚啉染料d149，效率達到了6.
24%。日本tdk 的zno 基太陽電池，效率達到了7.2%。
中國dssc方面做得最好的有中科院的長春應化所王鵬研究組與合肥等離子體物理研究所戴松元研究組。
2023年我國中國科學院等離子體物理研究所製備出15cm ×20 cm大面積電池的電池板,在實驗室光電轉換效率接近6% ,組成的40 cm ×60 cm實用化電池組件,室外0.95個太陽光照光電轉換效率也接近6%。2023年,等離子體物理所建成500瓦規模的小型示範電站,光電轉換效率達到5%。
這項成果使我國大面積染料敏化太陽電池的研製水平處於國際領先地位,為進一步推動低成本太陽電池在我國的實用化程序打下了牢固基礎。
近日（2023年4月）,中科院長春應化所王鵬課題組在有機染料敏化太陽電池研究方面取得重要進展,相關成果**發表於英國化學會《化學通訊》上(chem. commun. , 2009 , doi :
10. 1039/ b822325d) 。該**報道了一種具有高吸收係數的有機染料c217 ,該染料在以乙腈為電解質溶劑的器件中達到了9.
8 %的光電轉換效率;結合無溶劑離子液體電解質,實現了光電轉換效率達8. 1 %的長期光熱穩定的染料敏化太陽電池。這兩項指標均為有機染料敏化太陽電池的最好結果。
其效能已經非常接近釕染料。此工作被technology review 在3 月12 日進行了報道並被其他****。目前,通過共軛系統的結構設計來調控染料的能帶和吸收光譜等特性是實現高效能有機染料的主要手段,c217 以3 ,4-乙烯二氧基噻吩與二並噻吩的偶聯結構作為染料的共軛單元,結合三芳胺給體和氰基乙酸受體,實現了染料的寬光譜吸收。
該染料在氯仿溶液中的最大吸收波長達到了552nm ,器件的光譜響應範圍接近釕染料的水平,量子轉換效率( ipce) 在440～590nm 範圍內超過了90 %。這一研究成果將進一步促進有關寬光譜、高效率、低成本的純有機染料敏化太陽電池的開發和應用研究。本研究得到國家自然科學**、國家重大科學研究計畫、中科院「百人」計畫、中科院知識創新工程重要方向專案的資助。
【實驗部分】
1、實驗儀器與藥品
1.1實驗儀器
紫外可見分光光度計、超聲波清洗器、數顯恆溫水浴鍋、多功能萬用表、電動攪拌器、馬弗爐、紅外線燈、研缽、鉑片電極、石英比色皿、導電玻璃、鍍鉑導電玻璃、錫紙、生料帶、三口燒瓶、分液漏斗、燒杯、鑷子等
1.2實驗藥品
鈦酸四丁酯、異丙醇、硝酸、無水乙醇、乙二醇、碘、碘化鉀、丙酮、石油醚、去離子水、黃花、綠葉
2、實驗原理
（1）dssc結構和工作原理
典型的dssc是由導電基底、吸附了染料的半導體光陽極、對電極和兩極間的電解質組成的。dssc具有類似三明治的結構，將奈米二氧化鈦燒結在導電玻璃上，再將光敏染料鑲嵌在多孔奈米二氧化鈦表面形成工作電極，在工作電極和對電極（通常為擔載了催化量鉑或者碳的導電玻璃）之間是含有氧化還原物質對(常用i-和i3-)的電解質，它浸入奈米二氧化鈦的孔穴與光敏染料接觸。
在入射光的照射下，鑲嵌在奈米二氧化鈦表面的染料光敏分子(dye)吸收光子，躍遷至激發態(dye* ),處於激發態的染料分子向低能級的二氧化鈦半導體的導帶內注入電子藉以實現電荷分離,實現了光誘導電子轉移。在該過程中,染料光敏劑分子自身轉化成為氧化態的正離子(dye+ )；注入導帶中的電子從半導體電極流出,經外電路時對外做功,產生工作電流,流回到對電極；處於氧化態的染料正離子(dye+ ) 與電解液中的氧化-還原電對( i- / i3- )反應,獲得電子被還原回到基態(dye)，而電解質中的氧化劑擴散到對電極得到電子而使還原劑得到再生，整個電路形成乙個完整的迴圈。在整個過程中，表觀上化學物質沒有發生變化，而光能轉化成了電能。
其電極反應式如下:
光電陽極:
dye + hγ→dye* (染料激發)
dye*→dye++ e(tio2 )(產生光電流)
dye+ +1.5 i- →dye +0.5 i3- (染料還原)
實驗五 華南師範大學實驗報告1 1
姓名 沈婭指導老師 宴曉敏 學號 20102401199 預習密碼 41661 專業 化學實驗時間 2014.3.19 前言 1 實驗目的 1 了解混凝法處理水的原理。2 掌握實驗室模擬廢水處理的操作技術與儀器裝置的使用。3 學會通過色度 濁度 cod的測定，評價水質。2 實驗意義 隨著工農業生產的...
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姓名 杜宗飛專業 電腦科學與技術 學院 數理資訊學院學歷 本科 手機 e mail 位址 華南師範大學 自薦信尊敬的領導 您好！今天我懷著對人生事業的追求，懷著激動的心情向您毛遂自薦，希望您在百忙之中給予我片刻的關注。我是華南師範大學電腦科學與技術專業的2014屆畢業生。華南師範大學大學四年的薰陶，...