基干紫外线对染料敏化太阳能电池光电转换效率探究.doc

基干紫外线对染料敏化太阳能电池光电转换效率探究 　　摘 要：利用N719染料和西藏拉萨格桑花天然色素染料敏化剂，分别制成N719染料敏化太阳能电池、格桑花天然色素DSSC和N719染料与格桑花天然色素混合的DSSC。研制的DSSC分别与Arduino开源电子原型平台连接，用365 nm的紫外光和拉萨自然光依次照射。实验结果表明，N719染料与格桑花天然色素混合的DSSC光电转换效率最高，达到4.6% 关键词：敏化剂 Arduino 转换效率 染料敏化太阳能电池 中图分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0066-03 随着经济社会的发展，人类对能源的需求量急剧增加。然而，地球上的煤炭、石油、天然气、核能等一次性非再生常规能源面临枯竭，加上煤炭等燃烧产生的二氧化碳、二氧化硫等气体和粉尘在大气中不断积累，形成温室效应、酸雨和光化学烟雾，产生了一系列?乐氐幕肪澄廴疚侍狻Ｄ茉次；?与环境问题已成为当代人类社会面临的重大经济问题[1]。太阳能作为取之不尽的环保能源，以其无污染、清洁可再生等优点被广泛应用[2]。如今，在太阳能电池市场领域，广泛研发、推广硅太阳能电池[3]，硅太阳能电池转换效率较高，目前转换效率能达到25%左右，但是硅太阳能电池生产成本高，导致不能大规模投入使用。与硅太阳能电池相比，研制染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cell，简称DSSC）所需要的原材料来源丰富、价格低廉以及理论转换效率高，在大规模工业化生产中体现出较大优势，DSSC的研制是缓解能源危机和环境污染的有效途径，对实现可持续发展具有重要的意义[4-5] 1991年，Michael Gr?tzel和Brian O，Regan发明DSSC，经过20多年的不断研制，在染料、电解质、电极等方面取得很大进展[6]。染料敏化剂的选择很大程度上决定DSSC的光电转化效率[7-8]。染料敏化剂分为有机和无机两大类[9]，由于有机染料敏化剂中的卟啉酞菁染料和菁类染料和无机染料敏化剂中的金属类染料工艺技术要求高、稳定性差、转化效率低等缺点，于是来源丰富、成本低的天然染料作为DSSC敏化剂被许多科研专家所开发研究[10] 此实验基于N719染料（双（四丁基铵）二氢双（异硫氰酸）双（2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸）钌（Ⅱ）染料，分子式：C58H86N8O8RuS2，呈现暗红色，简称N719染料）与格桑花天然色素，分别制成N719DSSC、格桑花天然色素DSSC和N719染料――格桑花天然色素DSSC，并对这3种DSSC用自然光进行照射，对它们的转换效率进行分析，为将来利用青藏高原植物天然色素制成转换效率较高的DSSC提供理论依据 1 实验 1.1 实验仪器设备和试剂材料 1.1.1 实验仪器设备 分光光度计（752（手动）紫外可见分光光度计，上海菁华）、万用表、数字电压表、丝网印刷机（OPV-DSC-YSI，营口奥匹维特能源科技有限公司，营口）、365 nm灯具、Arduino开发板、紫外线传感器和计算机 1.1.2 试剂材料 N719染料2 mL（OPV-N719-D，营口奥匹维特能源科技有限公司，营口）、格桑花天然色素染料敏化剂1 mL、无水乙醇、面积200 mm×150 mm的ITO导电玻璃（OPV-IT011-17，营口奥匹维特能源科技有限公司，营口）、电解质2 mL 1.2 DSSC的制备工艺 1.2.1 TiO2薄膜与N719染料DSSC光阳极的制备 当前，制备纳米多孔TiO2薄膜的方法主要有丝网印刷法、电泳法、直接涂覆法、高温溶胶喷射沉积法、化学沉积法以及等离子喷涂法等，此实验TiO2薄膜的制备采用丝网印刷法，丝网印刷法是由Kalyana-sundaram等将其引入该领域的[11]。其制备过程是利用丝网印刷技术制备纳米级TiO2胶体膜，使胶体溶液在刮板的作用下通过网孔均匀地沉积在ITO基体上，形成纳米级TiO2颗粒制备的薄膜。用10 mL无水乙醇将1 mL N719染料溶解，制成N719染料敏化剂，用分光光度计测量了其吸光度[12]。将涂有TiO2膜的导电玻璃用N719染料敏化剂浸泡30 min，制成DSSC光阳极（负极），如图1所示 1.2.2 格桑花天然色素DSSC与N719染料――格桑花天然色素DSSC光阳极的制备 提取天然色素的方法常见的有：有机溶剂提取法、碱液提取法、超临界提取法、微波萃取法[13]。提取格桑花天然色素研究人员采用有机溶剂提取法，将红色的格桑花用盐酸水溶液浸泡1 h除去杂质，再用10 mL乙醇水溶液在40 ℃下浸提，经过过滤、浓缩得到格桑花天然色素染料敏化剂，将格桑花染料敏化剂与