染料敏化太阳能电池解读

在为期三个星期的实习期间，我针对本人的毕业设计题目——染料敏化太阳能电池进行大量的资料查询，包括论文研究的目的与意义、传统太阳能电池与染料敏化太阳能电池的异同、燃料敏化太阳能电池的国内外现状和发展前景等。在这三个星期的实习期中，不仅使我对世界能源的状况有了更深一步的了解，加深了我的能源节约意识，而且对于染料敏化太阳能电池的制作过程有了详细的了解与认识，更是学习到研究者的严谨的逻辑思维，这对于我以后的学习和工作会有极大的帮助。

一论文研究目的与意义

人类迄今已有400万年的历史，在这期间，人类从学会使用火开始，经过石器、铁器时代，直到近代工业化革命，各种技术发明使人类文明到达了一个前所未有的高度。同时，人类消耗的能源也日益增长，其中煤、石油等是今天主要的能源来源。今天，能源更是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中具有特别重要的战略地位。能源相当于城市的血液，它驱动着城市的运转。现代化程度越高的城市对能源的依赖越强，因为能源在维系以下重要功能：照明、交通、餐饮、供暖、降温、自动化管理系统。能源必然已经成为人类生存与发展的不可或缺的一部分。然而随着世界经济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题逐渐加深，能源供需矛盾日益突出。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。根据专家预测，按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。与此同时，大规模使用化石燃料至今，环境污染已经到了地球难以承受的程度。工业革命以来，煤炭、石油、天然气、水电、核能与可再生能源等相继大规模地进入了人类活动领域。能源结构的演变推动并反映了世界经济发展和社会进步，同时也极大地影响了全球二氧化碳排放量和全球气

候。据气象学家估算，陆地植物每年经光合作用固定的二氧化碳为200亿—300亿吨。上述仅化石能源人为燃烧就产生二氧化碳370亿吨，加上生命呼吸、生物体腐败及火灾等产生的二氧化碳，就严重地超过了绿色植物光合作用吸收转化二氧化碳的量，破坏了自然界的二氧化碳循环平衡，已经开始造成保护地球的臭氧层破坏和其它一些反常现象。

面对能源的短缺和化石燃料带来的过度污染使得各国科学家开始纷纷寻找新能源，而太阳是能量的天然来源，地球上每一个活着的生物之所以具有发挥作用的能力,甚至于是它的生存,都是由于直接或间接来自于太阳的能量。太阳能作为一种新能源,它与常规能源相比有三大优点:

第一,它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计,在过去漫长的11亿年中,太阳消耗了它本身能量的2%,可以说是取之不尽,用之不竭。

第二,地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。

第三,太阳能是一种洁净的能源,在开发和利用时,不会产生废渣、废水、废气,也没有噪音,更不会影响生态平衡。

面对太阳能的诸多优点，而且在“染料敏化太阳能电池”的研究中涉及到得是狭义上的太阳能，即太阳辐射能的光电、光热和光化学的直接转换，最引人瞩目的是染料敏化太阳能电池相对其他太阳能电池具有巨大的价格优势，据估计，染料敏化太阳能电池的价格仅为硅太阳能电池的1／5～1／10。一旦染料敏化太阳能电池的光电转化效率进一步提高，封装问题、使用寿命问题得到很好的解决，染料敏化太阳能电池很有可能在不远的将来成为一种具有竞争力的商业化产品。因此，燃料敏化太阳能深受全球各界人士的青睐，对其研究也有着极其深远的现实意义。

二传统太阳能电池与染料敏化太阳能电池的异同

自从1839年法国科学家Becquerel发现光伏效应以来，光电化学研究已经经历了100多年的历史。1954年贝尔实验室的研究人员把PN结引进单品硅，发现了光电现象，并由此开创了硅太阳能电池的研究领域。到20世纪70年代，用于航天领域的硅太阳能电池的光电转化效率已经超过了25％。在硅太阳能电池之后，科学家又先后发展了各种新型的太阳能电池，这些太阳能电池以薄膜太阳

能电池为主流，包括硅薄膜型(非晶硅、单晶硅、多晶硅薄膜)，化合物半导体薄膜型(GaAs、InP、CdS、CdTe、CuInGaSn(即CIGS))，有机薄膜型等。最新的权威统计数据表明，单晶硅太阳能电池的光电转化效率已达到24.7％,多晶硅为19.8％,非晶硅为10.1％,CdTe为16.5％,CIGS为18.4％。目前光伏发电市场正是被上述发展较为成熟的太阳能电池所占据。

除了上述已经商业化的太阳能电池以外，科学家们仍在致力于研究新的太阳能电池材料和结构。其中一类染料敏化太阳能电池(Dye—SensitizedSolarCells，简称DSSC)近年来发展迅速。其研究历史可以追溯到20世纪60年代，德国料敏化的光电转换效率比较低(<1％)。1991年,瑞士洛桑高等工业学院的Gratzel教授和他的研究小组采用高比表面积的纳米多孔TiO2膜作半导体电极，以过渡金属Ru以及Os等有机化合物作染料，并选用适当的氧化还原电解质研制出一种纳米晶染料敏化太阳能电池，一举突破了光电转化效率7％。1993年Gratzel等人再次报道了光电转化效率达10％的染料敏化纳米太阳能电池。最新的数据表明该太阳能电池目前最高的光电转化效率达到10.96％，开路电压Voc为0.975V，短路电流Jsc为19.4mA／cm2，填充因子达到71％。

2.1 结构与原理

以较为传统的硅太阳能电池为例，它的结构与工作原理是：

太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：

硅材料是一种半导体材料，太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应。一般半导体的分子结构是这样的：

图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子，而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生如图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，

形成P（positive）型半导体。

同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子，如下图所示：

P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。

当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子汇扩散到P区，P 区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个有N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而形成PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。下面就是这样的电源图。

由于半导体不是电的良导体，电子在通过p-n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p-n结（如图梳状电极），以增加入射光的面积。

另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图），实际工业生产基本都是用化学气相沉积沉积一层氮化硅膜，厚度在1000埃左右。将反射损失减小到5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。

染料敏化太阳能电池的结构与工作原理：

染料敏化太阳能电池主要由导电玻璃、纳米半导体氧化薄膜、敏化材料、电解质和对电极组成。图1为染料敏化太阳能电池的结构示意图。其手工制作过程如下：

1.制作二氧化钛膜

(1)先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨

(2)接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜

(3)把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结10～15分钟，然后冷却

2.利用天然染料为二氧化钛着色

如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。

3.制作正电极

由染料着色的TiO2为电子流出的一极（即负极）。正电极可由导电玻璃的导电面（涂有导电的SnO2膜层）构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的，利用手指也可以做出判断，导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上‘+’，然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。

4.加入电解质

利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原和再生染料。如图所示，在二氧化钛膜表面上滴加一到两滴电解质即可。

5.组装电池

把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，

用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露在外面的部分用以连接导线。这样，太阳能电池就做成了。

6.电池的测试

在室外太阳光下，检测太阳能电池是否可以产生电流。

染料敏化太阳能电池的工作原理与叶绿体中光合膜的光合作用极其类似。图2为光合膜发生光合作用的原理。光子对光合膜作用的结果实质是光合膜内外造一个电场，电子由光合膜内传送到光合膜外，在膜内留下了空穴，在光子作用下的电子运动构成了内外电流。

图3为染料敏化太阳能电池的工作原理图。当光照射到被敏化了的纳米半导体氧化薄膜上时，光照下染料分子的电子受激跃迁到激发态，自身变为氧化态；不稳定的激发态电子快速注入到紧邻的纳米半导体氧化薄膜导带上，瞬间在导电玻璃上迅速富集，然后向外电路输送电流；染料失去的电子很快从电解质中得到补偿，电解质中的氧化-还原对将空穴传输到对电极，与电子完成一次循环。此外，激发态的电子注入纳米半导体氧化薄膜导带是造成电流损失的主要过程。这个过程包括注入到半导体导带中的电子与氧化染料分子和电解质中电子受体反应。

图1结构示意图

图2光合膜发生光合作用的原理

图3工作原理图

2.2 优缺点

染料敏化太阳能电池与传统的太阳能电池有各自的优缺点，相对而言，染料敏化太阳能电池具有以下的优势：

价格和工艺优势：传统的太阳能电池的光吸收和载流子的传输是由同种物质来完成的，为了防止电子与空穴的重新复合，所用的材料必须具有很高纯度，并且没有结构缺陷，因此对半导体的工艺要求很高，导致成本难以降低。而染料敏化的光电化学电池仅在一个带上产生载流子，即阳极发生光敏化后，电子注入纳米Ti02导带，而空穴仍留在表面的染料上。因此，电荷的重新复合受到限制，从而可以使用多晶的及纯度不高的材料，工艺较为简单，成本也大为降低。目前，染料敏化太阳能电池的价格是硅太阳能电池的1/5～1/10。

理论光电转化效率高：目前的染料敏化太阳能电池以液态电解质为主，其理论光电转化率已能稳定在10％以上，与多晶硅太阳能相比也毫不逊色，用固体有机空穴传输材料作电解质的全固态电池在单色光下，甚至能达到33％。

其他优势：染料敏化太阳能电池具有透明度高，可以制成透明的产品；在柔性基底上制备，电池可以制成各种形态，极大的扩大了其应用范围；可以在各种

光照条件下使用；对光线的入射角度不敏感，可充分利用折射光和反射光；工作温度较宽，上限可高达70℃等优点。

由此可以看出，染料敏化太阳能电池是大势所趋，对于染料敏化太阳能电池的研究意义更为深远。

三染料敏化太阳能电池的国内外现状和发展前景

3.1 电极材料的研究进展

目前，得到充分应用的是纳米TiO2晶多孔膜材料，其他宽带隙半导体材料也有研究，但以TiO2的综合性能最为优越。在TiO2电极的基础上，研究者又做了很多改性的工作。这主要包括：(1)对TiO2进行离子掺杂，掺杂离子能在一定程度上影响TiO2电极材料的能带结构，使其朝有利于电荷分离和转移、提高光电转化效率的方向移动，目前掺杂离子主要是过渡金属离子或者稀土元素；(2)在TiO2纳米晶薄膜表面复合上一定厚度的其他半导体化合物薄膜。常用的半导体化合物有CdS，ZnO，PbS等。复合膜的形成改变TiO2膜中电子的分布，抑制载流子在传导过程中的复合，提高电子传输效率。例如：2001年，北京大学黄春晖等人就通过在TiO2电极表面覆盖一层ZnO膜,使得电池的总光电转化效率较未改性之前提高了27.3％,达到9.8％。

3.2 电解质的研究进展

DSSC电池中电解液的关键作用是将电子传输给光氧化染料分子，并将空穴传输到对电极。由于电解液是透明的液体，不会阻碍染料对光的吸收，而且能完全覆盖涂有染料的纳米多孔TiO2膜，充分利用了纳米膜的高比表面，有利于电荷的传输。目前液态电解质广泛采用I-／I3-体系，金属离子一般选Li+等活泼金属，该体系性能稳定，再生性能好，且具有良好的透光性能和高扩散系数。但是，尽管如此，液态电解质作为DSSC的空穴传输材料使用仍存在一系列的问题：(1)电池的封装技术难度增大，密封剂可能与电解质反应；(2)溶剂会挥发，且易导致染料的脱附和降解；(3)载流子迁移速率存在传质动力学的限制，在强光下光电流不稳定；(4)除了氧化还原循环反应外，电解质还存在不可逆反应。这些都

导致了电池的不稳定和使用寿命的缩短。

为了避免上述问题，研究者们致力于用半固态、固态电解质，如导电凝胶、P型半导体、导电聚合物或空穴传输有机分子，取代电解液作为空穴传输材料制备一种染料敏化全固体太阳能电池。

总的来看，目前固态电解质多为P型半导体材料，导电高分子材料也是重要的发展方向，凝胶电解质又可以称为半固态电解质，具备一定的流动性，所以其光电转化效率较全固态电解质要高一些，更接近液态电解质，但它同样存在泄漏的问题。与液体电解质相比，这些半固态、固态电解质的光电转化效率还普遍较低(<3％)，多数研究者认为，这主要是由于半固态、固态电解质很难与多孔的电TiO2极紧密结合，载流子在“染料／电解质”界面复合严重造成的。但是，我们也应该看到全固态的染料敏化太阳能电池是一种趋势，随着研究的深入，固态电解质将进一步发挥其优势，光电性能将逐渐逼近传统的液态电解质。

3.3 国内现状及发展前景

我国目前在染料敏化太阳能电池领域的研究刚刚起步，但也已经取得了不少阶段性的成果。北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室的黄春晖，李富友等人在纯有机染料领域具有较高的水平，并对于电极材料的改性以及多联吡啶钌染料的优化都取得了较好的结果。中科院化学所的肖绪瑞，林原等人在凝胶复合染料和半固态电解质等方面进行了有益的探索。中科院物理所表面物理国家重点实验室孟庆波等人在固态电解质和紧凑有序阵列电极等方面有所创新。另外，值得一提的是中科院等离子所戴松元等人对染料敏化太阳能电池组件及封装技术做出了较系统的研究，积累了丰富的经验，这些工作都为染料敏化太阳能电池的最终产业化，知识产权国产化奠定了坚实的基础。

染料敏化太阳能电池，以其高效廉价的优越性，倍受各国科学家的亲睐。综观其研究发展的现状，今后有4个方面工作需进一步研究。(1)纳米TiO2膜的制备。电子在纳米晶TiO2网格传输过程中的复合损失，注入电子回传造成的暗电流损失，这些问题在电极面积放大时尤为严重。因此，需要在探索电极微结构与光电性质的基础上，优化纳米晶膜，使注入电子在传输过程中的损失达到最小。

探索多种半导体的复合膜，优化TiO2的能级结构和与染料能级的匹配性，制备更为紧凑有序的纳米阵列电极材料是今后的主要研究内容。(2)敏化染料。这将是今后的研究重点。要拓展某一种染料的光响应谱线，其原则就是要使染料的最高占据分子轨道(HOMO)和最低非占据轨道(LUMO)之间的能隙变窄，但这样往往又会造成能级匹配的损失。因此使用单一染料很难在全光谱均达到强的敏化效果。今后可以利用几种染料的共敏化作用，制备出光响应波谱宽，综合性能优越的复合染料。(3)固态电解质。利用固态电解质代替液体电解质将是今后的研究重点，也是DSSC太阳能电池实用化的前提。(4)对电子注入和传输的内在机理进行更为深入的研究。建立数学物理模型。这将有助于更好的优化电池，设计出更有利于光吸收、电子注入和传输的染料敏化太阳能电池，追求与传统太阳能电池更为接近的光电转化效率将为燃料敏化太阳能电池最终走向实用化奠定坚实的基础。

成绩评定：指导教师签字：

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习

单

位

意

见负责人签字：

（单位盖章）

年月日

备

注

注：实习结束时，由实习学生填写本表后，交指导教师和实习单位签署意见，最后交所在教学单位归档保管。

读书的好处

1、行万里路，读万卷书。

2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。

3、读书破万卷，下笔如有神。

4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文

5、少壮不努力，老大徒悲伤。

6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿

7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

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9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。

10、一日无书，百事荒废。——陈寿

11、书是人类进步的阶梯。

12、一日不读口生，一日不写手生。

13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基

14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游

15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德

16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿

17、学习永远不晚。——高尔基

18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向

19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子

20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根

染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池 物理科学与技术学院化学物理学交叉培养班张玲玲 2011213434 摘要染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。本文主要从染料敏化太阳能电池的原理和电解质来进行介绍。 关键词染料敏化太阳能电池原理制备 一、染料敏化太阳能电池的基本结构 染料敏化太阳能电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为染料敏化太阳能电池的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。 图1染料敏化太阳能电池的基本结构 二、染料敏化太阳能电池的工作原理 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。 图2 染料敏化太阳能电池的工作原理示意图 2.1纳米晶多孔薄膜 作为太阳能电池半导体材料，首要条件为光照下性能稳定。考虑到只有禁带宽度Eg ﹥ 3eV 的宽带隙半导体才满足这一条件，因此可以用作DSC 半导体材料的禁带宽度必须大于3eV 。TiO2禁带宽度为3. 2eV ，是性能最优、使用最广泛的DSC 半导体电极材料。所有的太阳能电池都是依靠光电效应将光能转化为电能． 半导体的截止波长由下式计算: g E 1240g =λ 式中: Eg 为半导体禁带宽度，λg 为半导体的截止吸收波长． 则禁带宽度为3eV 半导体材料截止波长为413 nm ，而太阳光主要分布在可见光区域，而可见光光谱范围为390 ～770 nm ，因此基本不能被吸收． 为了使宽带隙半导体材料能够吸收可见光，必须通过某种方法将截止波长红移至红外区． 吸附于半导体表面的染料可以使半导体的吸收边强烈红移。 2.2染料分子

太阳能热水器的优缺点

太阳能热水器的优缺点 我家由于在顶楼，所以在热水器的选择方面，可以有更宽的选择余地，我们比较了电热水器、燃气热水器、空气能热水器、太阳能热水器，最后选择了太阳能热水器，原因是： 1、太阳能不但节能高效省钱，而且在使用时不会对环境造成污染。 2、太阳能热水器的使用寿命很长，若使用合理，其寿命可长达15年之久。 3、太阳能热水器的温度稳定性较好，只要水箱中有热水，就不会出现先热后冷的现象。 4、除了阴雨天以外，太阳能热水器使用不需要其他费用，比如燃气费、电费，在阴雨天气，则要使用辅助电加热装置，这时就必须支付电费，其实在阴雨天，太阳能热水器仍旧在工作，只是产生的热水温度达不到用户洗澡的需要，但是水箱中的水是温的，比普通的自来水温度高，因此，就算是阴雨天使用，它也比普通电热水器省电。 5、由于不使用电能或者燃气，就没有触电或者中毒的危险，所以太阳能热水器的安全性非常高。 但太阳能热水器也有它的缺点，比如： 1、初期投资较大。 2、太阳能热水器对安装位置的要求也非常严格，在城市里一般只有居住在顶层或者拥有别墅的人才可能安装。 3、太阳能热水器好几天未用的水一般都是较热的水了，达到70℃以上，尤其在夏天晴朗天气超过2天，水就会沸腾，到夜间会适当降温，使水温保持在60℃－70℃区域时间很长，而这个温度区域是水中细菌繁殖的极佳温

度，所以好几天或长期不用的热水，水质较差，细菌多，要排放掉，不能洗澡或用来烧开水等饮用。 4、在夏季晴天的情况下，不到两天水温可达沸点，若长时间不用水，如出差、旅游时，使水箱内长时间处于高温、高压的状态下，会促进密封圈的老化，加速聚氨酯的老化、萎缩，有时排气不畅通，压力太大还会使水箱胀坏，还会结水垢，缩短水箱的寿命。因此，若长期不在家，需安排别人经常放热水上冷水，或者在真空管集热器上放置遮盖物挡住阳光。 虽然太阳能也有这些缺点，但与电热水器、燃气热水器比起来，我更看重太阳能热水器的安全节能，空气能热水器虽然也节能，但它一年四季还是需要电能，并且价格也不菲，还有就是我不喜欢它的水箱放在家里比较占用地方。 我家新房对门的邻居家就安装了太阳能热水器，用的是皇明太阳能热水器，她家是去年搬进来住的，已经使用了一个冬天，使用效果不错，冬天用电辅助加热，水温又可以调节的，经过认真地考虑，我们也选择了皇明太阳能热水器，热水器7月11日就定好了，我定了冬冠210系列，真空管用了24支。

染料敏化太阳能电池

新能源课程 染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作教学实验报告 电气01 王平09041020 4/22 Monday

《染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作》教学实验 一、研究背景： 随着工业发展和技术进步，人类对能源的需求与日俱增。因此开发新的绿色能源，减少对环境的冲击影响，是迫切需要研究的课题。绿色能源种类很多，本实验将针对染料敏化太阳能电池（DSSC）进行实验制作，以了解其设计原理及机制。 二、实验目的： 了解染料敏化太阳能电池（DSSC）发电原理，掌握DSSC基本制作方法和的电池性能测定；理解决定DSSC性能的材料方面的影响因素，实验比较不同燃料、不同光线对电池性能的效果。 三、实验技能： 学习研磨制样、材料的选择、万用电表的使用、涂布coating及组装、测试太阳能电池。 四、工作原理： 本实验所制备的染料敏化太阳能电池（DSSC），是一个电化学反应过程装置。由正极、负极、电解质液组成。其中正极为涂布有石墨的导电玻璃；负极为涂布有二氧化钛的导电玻璃；二氧化钛为多孔纳米结构，吸附有染料或光敏剂；电解液为含碘化合物，能够产生I2/I-,被填充在正、负极之间。 DSSC太阳能电池是由一系列电子传递过程完成光能-电能转换的。当光线照在负极侧，染料吸收光能发生电子跃迁，染料被氧化，电子经二氧化钛半导体传导，流动到负极的导电玻璃片进入外电路；电子到达正极后，电解液中的I2/I-氧化还原作用使得染料被还原到原始状态。这样构成电子回路，产生电。 五、实验准备： 1.材料： A．导电玻璃：具有高透过率、导电率，如ITO、FTO B．正极：导电能力强、有一定催化活性，如炭、铂 C．二氧化钛：具有催化能力，高活性、比表面积大、分散均匀

电能、燃气热水器优缺点对比

电热水器能随时为我们提供热水，创造了极大的便利，让我们能随时洗上热水澡，除去一天的疲倦，更好的迎接新的一天的工作与生活。电热水器具有众多优点因此成为了很多消费者的家装必备电器之一，另外，燃气热水器也是诸多用户的选择，下面就为您具体介绍一下电能、燃气热水器优缺点对比，希望能对您有所帮助： 市面上在售的热水器产品类型 其中，前两者占据了很大部分的市场份额，而太阳能热水器受天气因素和安装条件制约；空气能热水器又价格不菲、体积庞大，诸多原因导致后两者均没有广泛普及开来。所以，今天我们就来聊聊市面上比较常见的电热水器和燃气热水器，介绍一下它们各自的优缺点以及教会大家如何根据自身需求进行合理的选

购。相信您看完本篇攻略，从此不再纠结热水器该选电能or燃气，秒变选购达人！ ●电能、燃气热水器优缺点对比 电能、燃气热水器优缺点汇总 首先，这里进行一下说明，电热水器其实可以继续细分为：即热式电热水器和储水式电热水器。即热式电热水器外观与燃气热水器类似，只不过其采用的是电加热的工作方式。通过上面的表格可以看出，电热水器和燃气热水器各有自己的优缺点。 即热式电热水器体积小巧不占空间 即热式电热水器优点：体积小巧，不占用家居空间；热水即开即有，无需多余等待；出水温度精准可调，在洗浴过程中依然可以实时调控；使用过程无有害气体产生；机体内部不易结水垢。缺点：功率较大，对线缆要求很高，安装需要重新布线；耗

电量大，长期使用并不经济；需要全程插电使用，可能会存在极小概率的漏电安全隐患。 储水式电热水器壁挂安装效果展示 储水式电热水器优点：价格一般较为低廉；加热过程无有害气体产生，使用时可完全切断电源，相对较为安全。缺点：体积庞大，占据室内空间；洗浴需要长时间等待加热水温；出水温度不均衡，需自行调控；水箱内部易结水垢，需要定期进行清洁；壁挂安装，对墙壁承重要求较高，有可能会出现极小概率的掉落隐患。 燃气热水器一般安置在厨房 燃气热水器优点：体积小巧，安装灵活，不占空间；通过燃气加热水温，效率更高，节能效果好，长期使用较为经济；热水即开即有，无需等待；出水温度均衡，且精准可调。缺点：使用过程产生有害气体一氧化碳，若排放出现故障可能会带来安全隐患；安装在厨房，在卫生间洗浴时无法实时调节温度。 啄木鸟家庭维修以家电、家居生活为主营业务方向，提供小家电、热水器、空调、燃气灶、油烟机、冰箱、洗衣机、电视、开锁换锁、管道疏通、化粪池清理、家具维修、房屋维修、水电维修、家电拆装等保养维修服务。

染料敏化太阳能电池学术发展简史

染料敏化太阳能电池学术发展简史 2016-05-07 13:13来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 基于钌化合物的染料敏化太阳能电池 1839年，Becquerel发现氧化铜或卤化银涂在金属电极上会产生光电现象，证实了光电转换的可能。 1960年代，H.Gerischer，H.Tributsch，Meier及R.Memming发现染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的现象，成为光电化学电池的重要基础。 1980年代, 光电转换研究的重点转向人工模拟光合作用，美国州立Arizona大学的Gust和Moore研究小组成功模拟了光合作用中光电子转换过程，并取得了一定的成绩。Fujihia等将有机多元分子用L B 膜组装成光电二极管，开拓了这方面的工作。 1970年代到90年代，R.Memming，H.Gerischer，Hauffe，H.Tributsh等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间光敏化作用，研究主要集中在平板电极上，这类电极只有表面吸附单层染料，光电转换效率小于1%。 1991年，Graetzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代,为利用太阳能提供了一条新的途径。 1993年,Graetzel M.等人再次研制出光电转换效率达10 %的染料敏化太阳能电池, 已接近传统的硅光伏电池的水平。 1997年，该电池的光电转换效率达到了10%－11%，短路电流达到18mA/cm2,开路电压达到720mV。 1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gr?tzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。 2000年，东芝公司研究人员开发含碘/碘化物的有机融盐凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电能量转换率7.3 % 。 2001年, 澳大利亚STA 公司建立了世界上第一个中试规模的DSC 工厂。 2002 年, STA建立了迄今为止独一无二的面积为200m2 DSC 显示屋顶,集中体现了未来工业化的前景；PengWang等人用含 1-methyl-3-propylimidazoliumiodide 和poly(viylidenefloride

染料敏化太阳能电池关键材料的制备与表征

实验一 染料敏化太阳能电池关键材料的制备与表征 在众多新能源中，太阳能因具有清洁、环保、无污染、取之不尽、用之不竭等诸多优点，被认为是未来最有希望的新能源之一。太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池产业，已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略之一。 在众多太阳能电池中，硅基太阳能电池技术最为成熟，但制作工艺复杂、价格昂贵、设备要求较高而不适合开展大学生实验。纳米二氧化钛（TiO 2）晶体太阳能电池是最近发展起来的一种新型太阳能电池，其优点在于其低廉的成本、简单的工艺以及相对稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，而制作成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，寿命却能达到20年以上。但是TiO 2的禁带宽度为3.2eV ，只能吸收波长小于375nm 的紫外光。为了使其吸收红移至可见光区，增大对全光谱范围的响应，1991年，瑞士洛桑高等工业学院（EPFL ）的Gratzel 研究小组开发了染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell ，简称DSSC ），它由 吸附了染料光敏化剂（过渡金属钌的有 机化合物）的纳米TiO 2多孔薄膜制成， 其光电转换效率可达7.1%。1993年，他 将光电转换效率提高到了10%，1998年， 该研究组进一步研制出全固态DSSC ， 使用固体有机空穴传输代替液体电解质， 单色光光电转化效率达到33%，引起了全世界的科学家对DSSC 的关注。近年来，染料敏化太阳能电池的研究主要集中在阳极材料的改性、染料的改进、电解质的研究、以及阴极对DSSC 的影响等方面。 “染料敏化太阳能电池的制备、组装及测试”实验涵盖材料制备实验（水热反应制备TiO 2纳米颗粒、热解法制备Pt 催化剂、丝网印刷技术制备光阳极薄膜、玻璃工操作、材料热处理等）、仪器分析实验（台阶仪测量薄膜厚度、X 射线衍射仪表征材料的结构与成分、扫描电子显微镜观测形貌、紫外-可见吸收光谱测试光谱吸收效果）等多种实验方法。由于实验步骤繁多、周期较长，因此根据其 图1 Gratzel 研究小组开发的 DSSC

热水器的优缺点

四种热水器的优缺点介绍 （一）燃气热水器 1、燃气热水器使用的能源是可燃气体，按其形式分为直排式、烟道式、强排式和平衡式。（1）直排式热水器：燃烧时所需要的氧气取自室内，燃烧后产生的烟气也排放在室内。因易造成人身伤害事故，已被禁止生产。 （2）烟道式热水器：在直排式的基础上加装了排气管道，燃烧时所需要的氧气取自室内，燃烧所产生的烟气通过烟道排向室外。这种热水器安装时必须安装烟道，使用时要注意烟道排气通畅，防止倒灌。强排式热水器：在烟道式的基础上增加了一个排烟气马达，通过烟道将废气排到室外，运行时，烟气通过烟道被强制排到室外，但燃烧时所需的氧气仍取自室内。（3）平衡式热水器：较前三类实现了一个很大的飞跃，外壳是密封的，和外壳联成一体的烟道做成内外两层，烟道从墙壁通向室外，热水器运行时需要的氧气从室外通过烟道的外层供应，燃烧后产生的烟气从烟道的内层排到室外，所以它对室内空气既不消耗，也不污染。但安装这样的热水器需要像装空调一样预留通道。 2、优点：加热快、出水量大、温度稳定，结水垢少，而且占地小，不受水量控制。 3、缺点：使用过程中会因燃烧不充分而排出有毒气体，造成安全事故；起动水压高，有些住高层的用户，如不装增压泵就无法起动；安装不方便，要在墙上打洞，安排气扇等；不同的燃气，其燃烧器形状、喷嘴大小、燃气通道截面积都不一样。 （二）电热水器 1、目前国内市场上的电热水器主要是储水式热水器。分为封闭式和敞开式两种。使用储水式电热水器干净卫生，不必分室安装，不产生有害气体，而且可以方便地调温。敞开式热水器内胆不耐压，不能同时供应多处用水；封闭式电热水器内胆可耐压，能同时供应多处用水。 2、优点：能适应于任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水。目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。 3、缺点：体积庞大，占用室内空间大，易结水垢，对电能浪费大。最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了该产品容易结垢的问题。但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。 （三）太阳能热水器 1、目前，技术水平最高的太阳能热水器是真空集热管太阳能热水器。真空管里的水，利用热水上浮、冷水下沉的原理，吸收太阳热能后，通过温差循环，使储水箱内的水升温。 2、优点：安全、节能、环保、经济。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用。 3、缺点：安装复杂，如安装不当，会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；维护较麻烦，因太阳能热水器安装在室外，多数在楼顶、房顶，因此相对于电热水器和燃气热水器比较难维护。 （四）空气源热水器 空气源热水器是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器的新一代热水装置，是综合电热水器和太阳能热水器优点的安全节能环保型热水器，可一年三百六十五天全天候运转，制造相同的热水量，使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，太阳热水器的1/2。

染料敏化太阳能电池的结构与工作原理

染料敏化太阳能电池的结构与工作原理 染料敏化太阳能电池主要由表面吸附了染料敏化剂的半导体电极、电解质、Pt 对电极组成，其 结构如图1-1。 图1-1 染料敏化太阳能电池结构图 当有入射光时，染料敏化剂首先被激发，处于激发态的染料敏化剂将电子注入半导体的导带。氧化态的染料敏化剂被中继电解质所还原，中继分子扩散至对电极充电。这样，开路时两极产生光 电势，经负载闭路则在外电路产生相应的光电流（图1-2）。 图1-2 染料敏化太阳能电池工作原理图 通过超快光谱实验可得出染料敏化太阳能电池各个反应步骤速率常数的数量级[12]： ①染料(S)受光激发由基态跃迁到激发态（S*）： S + hυ→S* ②激发态染料分子将电子注入到半导体的导带中： S* →S+ + e-(CB)，k inj = 1010~1012s-1 ③I-离子还原氧化态染料可以使染料再生： 3I- + 2S+ →I3 - + 2S，k3 = 108s-1 ④导带中的电子与氧化态染料之间的复合：

S+ + e-(CB) →S，k b = 106s-1 ⑤导带中的电子在纳米晶网络中传输到后接触面(back contact ，BC)后而流入到外电 路中： e-(CB) →e-(BC)，k5 = 103~100s-1 ⑥纳米晶膜中传输的电子与进入TiO2 膜的孔中的I3 -离子复合： I3 - + 2e-(CB) →3I-，J0 = 10-11~10-9A cm-2 ⑦I3 -离子扩散到对电极上得到电子使I-离子再生： I3 - + 2e-(CE) →3I-，J0 = 10-2~10-1A cm-2 激发态的寿命越长，越有利于电子的注入，而激发态的寿命越短，激发态分子有可能来不及将 电子注入到半导体的导带中就已经通过非辐射衰减而返回到基态。②、④两步为决定电子注入效率 的关键步骤。电子注入速率常数（k inj）与逆反应速率常数（k b）之比越大（一般大于三个数量级）， 电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高。I-离子还原氧化态染料可以使染料再生，从而使染料 不断地将电子注入到二氧化钛的导带中。步骤⑥是造成电流损失的一个主要原因，因此电子在纳米 晶网络中的传输速度(k5)越大，电子与I3 -离子复合的交换电流密度(J0)越小，电流损失就越小。步骤 ③生成的I3 -离子扩散到对电极上得到电子变成离子I-(步骤⑦)，从而使I-离子再生并完成电流循环。 DSC的结构组成：主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。 DSC工作原理如下图所示： ⑴染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态； ⑵处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中； ⑶电子扩散至导电基底，后流入外电路中； ⑷处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生； ⑸氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环； ⑹和⑺分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合

青岛太阳能热水器维修

闪电家修专业上门维修热水器师傅告诉你，热水器在家居生活中起到不可或缺的作用，几乎每天都得使用到。热水器有电热水器和燃气热水器这两种，很多人会问那到底这两种热水器哪种更好呢？今天快益修专业热水器维修师傅就从6个角度为大家全面分析，看完可别再选错了。 1.热水量 一般4人用燃气热水器用8升规格，用电热水器得用60升规格的。拿两者相比的话，8升的燃气热水器每分钟能够持续的产生8升热水，用水量不会有限制。而电热水器则需要间隔半小时加热一罐水，也就是用完一罐就得等半个小时。 2.恒温性 燃气在这方面会比较有优势，其属于快速加热型，只要在洗澡前调好自己想要的温度，那以后出来的水便会一直是多少度的。而电热水器属于容积式，刚开始加热一罐水后，温度会较高，需要用冷水江热水顶出，还得兑一部分的冷水。刚开始水的温度会

很热，当后面便会逐渐降低，所以在使用时就得不停地去调整冷热水的比例，会比较麻烦。 3.比价格 燃气热水器价格一般在800块以上，加上安装费就在1000块以上，也有贵的价格接近2000块。而电热水器一般价格在1 000块左右，加上安装费最多也就1500块，所以电热水器会比燃气热水器稍微便宜点。 4.电费 如果按照200L的水来算的话，电热水器完全加热的话，需要4.8块，而燃气热水器需要3.6块。因为电热水器是直接用电加热的，所以耗电量会比较大；而燃气热水器时燃烧液化气、天然气的，所以耗电量会比较小，电费也比电热水器少。 5.比寿命 一般的燃气热水器如果质量不错的话，可以使用6年以上；而电热水器因为结垢严重，一般能够使用4年左右。

6.安全性 燃气热水器在使用时会排除二氧化碳和一氧化碳，正常通风状态下使用的话，一氧化碳会很少，但如果使用时，门窗都是紧闭的话，那产生的一氧化碳便会增多，很容易会引起中毒事件的，所以使用燃气热水器时要注意通风。 电热水器使用时不会产生废弃，比燃气热水器会安全很多，但也要注意漏电情况。虽然电热水器会有漏电装置，但这几年因为电热水器漏电而发生的事故也不好。所以，大家使用时都要注意。 通过上述的分析，小编个人觉得两款热水器其实都各有各的优缺点，如果确实要小编给意见的话，建议大家还是根据自身的要求来选择的。不管怎样，我们在使用时都要多加小心，平时可以多了解下使用热水器该注意的事项，尽量避免事故的发生。 快益修以家电、家居生活为主营业务方向，提供小家电、热水器、空调、燃气灶、油烟机、冰箱、洗衣机、电视、开

染料敏化太阳电池

染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工（EPFL）M. Grtzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，欧、美、日等发达国家投 染料敏化太阳能电池的研究历史可以追溯到19世纪早期的照相术。1837年，Daguerre制出了世界上第一张照片。两年后，Fox Talbot将卤化银用于照片制作，但是由于卤化银的禁带宽度较大，无法响应长波可见光，所以相片质量并没有得到很大的提高。1883年，德国光电化学专家Vogel 发现有机染料能使卤化银乳状液对更长的波长敏感，这是对染料敏化效应的最早报导。使用有机染料分子可以扩展卤化银照相软片对可见光的响应范围到红光甚至红外波段，这使得“全色”宽谱黑白胶片乃至现在的彩色胶片成为可能。1887年，Moser将这种染料敏化效应用到卤化银电极上，从而将染料敏化的概念从照相术领域延伸到光电化学领域。1964年，Namba 和Hishiki发现同一种染料对照相术和光电化学都很有效。这是染料敏化领域的重要事件，只是当时不能确定其机理，即不确定敏化到底是通过电子的转移还是通过能量的转移来实现的。直到20世纪60年代，德国的Tributsch发现了染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的机理，才使人们认识到光照下电子从染料的基态跃迁到激发态后继而注入半导体的导带的光电子转移是造成上述现象的根本原因。这为光电化学电池的研究奠定了基础。但是由于当时的光电化学电池采用的是致密半导体膜，染料只能在膜的表面单层吸附，而单层染料只能吸收很少的太阳光，多层染料又阻碍了电子的传输，因此光电转换效率很低，达不到应用水平。后来人们制备了分散的颗粒或表面积很大的电极来增加染料的吸附量，但一直没有取得非常理想的效果。1988年，Grätzel小组用基于Ru的染料敏化粗糙因子为200的多晶二氧化钛薄膜，用Br2/Br-氧化还原电对制备了太阳能电池，在单色光下取得了12 %的转化效率，这在当时是最好的结果了。直到1991年，Grätzel在O’Regan的启发下，应用了O’Regan制备的比表面积很大的纳米TiO2颗粒，使电池的效率一举达到7.1 %，取得了染料敏化太阳能电池领域的重大突破。应当说，纳米技术促进了染料敏化 结构组成 主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间

空气能热水器的优缺点

全方位认识空气能热水器的优缺点 【品牌网】这种新型热水器由类似空调器室外机的热泵主机和大容量承压保温水箱组成，安装不受建筑物或楼层限制，使用不受气候条件限制，既可用作家庭的热水供应中心，也能为单位集体集中供热水，由于使用环境各方面新型专利技术，该产品不仅安全舒适，而且环保节能，实际使用费仅分别相当于电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，将150升水箱中的水加热到65℃，春秋季节需要消耗2度电，如果采用低谷电价只需要0.6元钱，这箱贮存的热水足够一家3-5口生活热水之用；如果采用一个水龙头放水洗澡，该热水器可以源源不断供应热水。经验丰富的用户可以将热水温度设定在45℃，热水器运行将更加省能！ 空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低品位能源，利用热泵循环提高其能源品位后用于加热生活热水，由于使用一份电能可吸收3份空气能,从而供应4份热能加热热水系统,因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术，极具实用价值。此外，空气能热泵热水器从根本上消除了电热水器漏电、干烧以及燃气热水器工作时产生有害气体等安全隐患，克服了太阳能热水器阴雨天不能工作等缺点，具有高效节能、安全环保、全天候运行、使用方便等诸多优点，符合我国能源、社会、环境可持续发展的战略方针，因而必将成为我国最具竞争力的新一代热水器产品，为广大城乡居民提供安全、便利、廉价的卫生热水，提高他们的生活品质，造福于民众。 一、空气(热泵)热水器工作原理如何? 通过压缩机系统运转工作,吸收空气中热量制造热水。具体过程是：压缩机将冷媒压缩，压缩后温度升高的冷媒，经过水箱中的冷凝器制造热水。热交换后的冷媒回到压缩机进行下一循环。在这一过程中，空气热量通过蒸发器被吸收导入水中，产生热水。这样的通过压缩机空气制热的新一代热水器，即是空气(热泵)热水器。空气(热泵)热水器正是这样的产品。空气(热泵)热水器的工作原理即是如此。 二、空气(热泵)热水器有什么优点？ “安全+省钱+舒服+环保”： 1、安全：不用燃气，不会产生任何废气，更不会出现“煤气中毒”；不用电加热棒加热，不会有漏电危险，呵护家人健康安全。 空气能 2、省钱：COP值超过3以上，能效比高，绝对省电、省钱。可节省2/3~3/4的电费支出，或节省1/2~2/3的燃气费支出及太阳能热水器的辅助加热费用。 3、舒适：专利技术-过流式间接加热，全自动定温有压供水，在使用热水时绝不会忽冷忽热，热水有压力，舒适感好。全天候、全年候供水，弥补了太阳能热水系统阴雨天、晚间、无阳光、上冻时无热水可用的尴尬。 4、环保：空气(热泵)热水器排出的冷风，有利于降低室温。 三、空气(热泵)热水器为何省电？ 与燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、电热水器相比，热泵热水器是热效率最高的热水器。 燃油锅炉效率65%—75%、电热水器的效率70%—80%、热泵效率300%—500%。 由于热泵热水器高达300%—500%的热效率，使得制备热水的成本及其低廉，自然就会省电。其他热泵产品也同样省电，只不过差异在省多少。 四、空气(热泵)热水器有其他功能吗？ 空气(热泵)热水器集供热水、取暖、除湿、降温、空气滤净等各项功能为一体： 全年候不管阴晴雨雪，全天候24小时不间断连续自动提供热水； 高效除湿，每天24小时最大除湿量6~8公斤，梅雨及阴雨天气效果明显；

染料敏化太阳能电池-化学与物理电源基础实验讲义1

天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是最近发展起来的，优点在于其廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。但是TiO2的禁带宽度为3.2eV，只能吸收波长小于375nm的紫外光，为了使其吸收红移至可见光区，增大对全光谱范围的响应，1991年，瑞士洛桑高等工业学院(EPFL) Gratzel研究小组开发了染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC)，它是由吸附染料光敏化剂（过渡金属钌的有机化合物染料）的纳米二氧化钛(TiO2)多孔薄膜制成的新型光化学电池。其光电转换效率达7.1%。1993年，他再次报道了光电转换效率达10%的TiO2染料电池，1998年，该研究组进一步研制出全固态DSSC，使用固体有机空穴传输代替液体电解质，单色光光电转化效率达到33%，从而引起了全世界的科学家对染料敏化太阳能电池的关注。近年来，染料敏化太阳能电池的研究主要集中在阳极材料的改性、染料的改进、电解质的研究、以及阴极对染料敏化太阳能电池的影响等。本实验主要研究不同的染料敏化剂和不同的敏化方法对TiO2太阳能电池光电转换效应的影响。 【实验目的】 (1)了解染料敏化纳米TiO2太阳能电池的工作原理及性能特点。 (2)掌握合成纳米TiO2溶胶的方法、染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法以及电池的组装方法。 (3)掌握评价染料敏化太阳能电池性能的方法。 【实验原理】 一、DSSC结构和工作原理 DSSC结构：染料敏化太阳能电池的结构是一种“三明治”结构, 如图1所示，主要由以下几个部分组成: 导电玻璃、染料光敏化剂、多孔结构的TiO2半导体纳米晶薄膜、电解质和铂电极。其中吸附了染料的半导体纳米晶薄膜称为光阳极，铂电极叫做对电极或光阴极。 DSSC电池的工作原理：电池中的TiO2禁带宽度为3.2 eV，只能吸收紫外区域的太阳光，可见光不能将它激发，于是在TiO2膜表面覆盖一层染料光敏剂来吸收更宽的可见光，当太阳光照射在染料上，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不稳定，并且染料与TiO2薄膜接触，电子于是注入到TiO2导带中，此时染料分子自身变为氧化态。注入到TiO2导带中的电子进入导带底，最终通过外电路流向对电极，形成光电流。处于氧化态的染料分子在阳极被电解质溶液中的I-还原为基态，电解质中的I3-被从阴极进入的电子还原成I-，这样就完成一个光电化学反应循环。但是反应过程中，若电解质溶液中的I-在光阳极上被TiO2导带中的电子还原，则外电路中的电子将减少，这就是类似硅电池中的“暗电流”。整个反应过程可用如下表示: (l) 染料D受激发由基态跃迁到激发态D*： D + hv→ D* (2) 激发态染料分子将电子注入到半导体导带中：D*→ D+ + e- (3) I-还原氧化态染料分子：3I- + 2D+→ I3- + 2D (4) I3-扩散到对电极上得到电子使I-再生：I3- +2e- → 3I- (5) 氧化态染料与导带中的电子复合：D+ + e- → D (6) 半导体多孔膜中的电子与进入多孔膜中I3-复合：I3- +2e-→ 3I- 其中，反应(5)的反应速率越小，电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高；反应(6)是造成电流损失的主要原因。 光阳极 目前，DSSC常用的光阳极是纳米TiO2。TiO2是一种价格便宜，应用广泛，无污染，稳定且抗腐蚀性能良好的半导体材料。TiO2有锐钛矿型(Anatase)和金红石型(Rutile)两种不同晶型，其中锐钛矿型的TiO2带隙(3.2eV)略大于金红石型的能带隙(3.l eV)，且比表面积略大于金红石，对染料的吸附能力较好，因而光

各种热水器优缺点

[产品]空气源热泵热水器的优缺点(2009-08-23 15:51:36) 标签：杂谈分类：产品纵览一、空气源热泵热水器的原理和发展史 追溯其渊源，空气能热水器应该算是个舶来品。空气源热泵技术1924年就已在国外发明。然而在很长的 一段时间里并没有被人类充分地认识和运用。直到20世 纪60年代，世界能源危机爆发以后才受到充分的重视，所以此后世界各国纷纷加大了研发力度，进一步推广了热泵技术，使得目前热泵技术已经比较广泛地使用。20世纪70年代初期，由于"能源危机"的出现，热泵又以其回收低温废热，节约能源的特点，在产品经过改进后，更受到了人们的青睐。比如美国，热泵的产量从1971年的8.2万套/年猛增至1976年的30万套/年，1977年再次跃升为50万套/年，而此时日本后来居上，年产量更超过50万套。目前热泵市场每年都在成倍增长，发展势头相当迅猛。在欧美大多数发达国家，如澳大利亚、英国、法国、北欧及南欧的一些国家，热泵产品已经进入了大多数家庭，而在我国的毗邻国家如新加坡、马来西亚等也是热泵热水器使用比较普遍的国家。 相对来说，空气源热泵热水器在我国起步则比较晚，国内厂商关注该产品也是近几年的事情。由于前期在产品的导入时，市场培育不够，因而无论是从技术还是从产品上来看均还处在初级发展阶段。而这两年来，在各方面能源紧缺的情况下，空气源热泵热水器逐渐被广大厂商重视起来，尤其是近两年来有了比较大的增长，单就生产企业也由屈指可数的几家突飞猛进爆涨到目前的几十家甚至近百家。而稍微有点规模叫得出名字的却为数不多：广东有五星太阳能、确正、绩高、豪瓦特、长安科阳、中科科凌、长菱、联达华日、信利达、风弛，广西有华特，浙江有JNK锦江、真心、金正，福建有酷博；上海有沃姆，江苏有天舒、华电、奥罗拉、华扬、光芒、永春，山东有贝尔、龙普，北京有清华索兰等等。还有一些手工作坊或者纯粹靠贴牌组装而卖产品的则更加不在少数。而04年进入的数家空调企业更加壮大了这一队伍的规模。 总体来说，就目前而言，国外的空气源热泵热水器市场已经相当成熟，在发达国家使用的比例有的高达70%，比如在新加坡、欧美的一些国家等。就是在中国的香港和台湾地区也有将近50%的推广使用力度。只是受国内消费和经济发展规律的影响，空气源热泵热水器也是在近4年才被引进并在小范围内推广使用，而且是集中在经济发达的两个三角洲地区。据市场的统计数据来看，虽然该产品在国内上市只有短短几年时间，但是增长的速度却非常快。2002年时，它的销售额还不到1000万元，但是到2003年，它已达到了3000万元，2004年则达到8000万到1个亿。按照预算估计，2005年，热泵产值会超过三个亿。可以说，就象前几年互联网接入时的发展速度一样，整个行业销售增长率将以几何基数增长，市场空间十分巨大。 在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。

空气能热水器的优缺点

空气能热水器的优缺点 一、四种热水器的优缺点介绍 (一)燃气热水器 1、燃气热水器使用的能源是可燃气体，按其形式分为直排式、烟道式、强排式和平衡式。 (1) 直排式热水器:燃烧时所需要的氧气取自室内，燃烧后产生的烟气也排放在室内。因易造成人身伤害事故，已被禁止生产。 (2) 烟道式热水器:在直排式的基础上加装了排气管道，燃烧时所需要的氧气取自室内，燃烧所产生的烟气通过烟道排向室外。这种热水器安装时必须安装烟道，使用时要注意烟道排气通畅，防止倒灌。强排式热水器:在烟道式的基础上增加了一个排烟气马达，通过烟道将废气排到室外，运行时，烟气通过烟道被强制排到室外，但燃烧时所需的氧气仍取自室内。 (3)平衡式热水器:较前三类实现了一个很大的飞跃，外壳是密封的，和外壳联成一体的烟道做成内外两层，烟道从墙壁通向室外，热水器运行时需要的氧气从室外通过烟道的外层供应，燃烧后产生的烟气从烟道的内层排到室外，所以它对室内空气既不消耗，也不污染。但安装这样的热水器需要像装空调一样预留通道。 2、优点:加热快、出水量大、温度稳定，结水垢少，而且占地小，不受水量控制。 3、缺点:使用过程中会因燃烧不充分而排出有毒气体，造成安全事故;起动水压高，有些住高层的用户，如不装增压泵就无法起动;安装不方便，要在墙上打洞，安排气扇等;不同的燃气，其燃烧器形状、喷嘴大小、燃气通道截面积都不一样。 (二)电热水器

1、目前国内市场上的电热水器主要是储水式热水器。分为封闭式和敞开式两种。使用储水式电热水器干净卫生，不必分室安装，不产生有害气体，而且可以方便地调温。敞开式热水器内胆不耐压，不能同时供应多处用水;封闭式电热水器内胆可耐压，能同时供应多处用水。 2、优点:能适应于任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可 以大流量供热水。目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。 3、缺点:体积庞大，占用室内空间大，易结水垢，对电能浪费大。最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了该产品容易结垢的问题。但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。 (三)太阳能热水器 1、目前，技术水平最高的太阳能热水器是真空集热管太阳能热水器。真空管 里的水，利用热水上浮、冷水下沉的原理，吸收太阳热能后，通过温差循环，使储水箱内的水升温。 2、优点:安全、节能、环保、经济。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用。 3、缺点:安装复杂，如安装不当，会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌;维护较麻烦，因太阳能热水器安装在室外，多数在楼顶、房顶，因此相对于电热水器和燃气热水器比较难维护。 (四)空气源热水器 空气源热水器是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器的新一代热水装置，是综合电热水器和太阳能热水器优点的安全节能环保型热水器，可一年三百六十五天全天候运转，制造相同的热水量，使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，太阳热水器的1/2。

染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池 摘要：与硅基太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池（DSSC）具有成本低、制备工艺简单、理论光电转化效率高、制备过程无毒无污染等优点，因而迅速成为该领域的研究热点，目前染料敏化太阳能电池的最高转化效率已达到12%以上，被认为是实现下一代光伏器件大规模利用的主要候选者，是极具研发潜力的太阳能电池之一。 关键词：太阳能电池，染料敏化，光阳极 前言 染料敏化太阳能电池被人们称为神奇的人造树叶，因此以天然植物色素作为光敏剂的太阳能电池一直都被各国所关注。染料敏化太阳能电池是1991年由瑞士科学家O’Regan与Gr?ztel首先发明的，并发表在Nature上，其报道了光电转化效率达7.1%的染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池具有原材料丰富、成本低、制作工艺简单及生产过程都是无毒无害等优点，成为最有发展前景的太阳能电池之一。染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，它通过吸收太阳光将基态的电子激发到激发态中产生光电子，然后再注入半导体的导带上。因此，染料敏化剂的好坏对染料敏化太阳能电池的光电性能起着决定性的作用。目前，已开发的染料敏化剂主要有金属配合物染料和纯有机染料。染料敏化太阳能电池是仿照光合作用原理研制出来的，因此天然染料作为纯有机染料的一部分，从染料敏化太阳能电池研究初期就引起各国专家的注意。1997年，Gr?ztel从黑莓中提取天然染料作为敏化剂敏化太阳能电池，得到的光电转化效率为0.56%。为了提高天然染料敏化太阳能电池的光电转化效率，研究者们在天然染料分子的基础上进行了改性，经过不断努力，Hara等合成了光电转化效率7.6%由香豆素衍生染料敏化太阳能电池，使天然染料敏化太阳能电池的光电性能得到了很大提高，更增加了人们研究天然染料的信心。天然染料原材料丰富分布广泛种类繁多，可以直接从天然的植物中提取，制备过程简单无污染，大大降低了染料敏化太阳能电池的生产成本[1]。 一、染料敏化太阳能电池（DSSC）的结构与原理 DSSC的基本结构如图1所示，主要包括：TCO透明导电玻璃（光阳极）、TiO2纳米晶粒薄膜、光敏染料、电解液以及对电极。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

染料敏化太阳能电池实验报告(共9篇)

染料敏化太阳能电池实验报告(共9篇) 染料敏化太阳能电池实验 天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试姓名：蓝永琛班级：新能源材料与器件学号：20112500041 一、实验目的 1. 了解染料敏化纳米TiO2太阳能电池的工作原理及性能特点。 2. 掌握合成纳米TiO2溶胶的方法、染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法 以及电池的组装方法。 3. 掌握评价染料敏化太阳能电池性能的方法。 二、实验原理 略 三、仪器与试剂 一、仪器设备 可控强度调光仪、紫外-可见分光光度计、超声波清洗器、恒温水浴槽、多功能万用表、电动搅拌器、马弗炉、红外线灯、研钵、三室电解池、铂片电极、饱和甘汞电极、石英比色皿、导电玻璃、镀铂导电玻璃、锡纸、生料带、三口烧瓶（500mL）、分液漏斗、布氏漏斗、抽虑瓶、容量瓶、烧杯、镊子等。 二、试剂材料 钛酸四丁酯、异丙醇、硝酸、无水乙醇、乙二醇、乙腈、碘、碘化钾、TBP、丙酮、石油醚、绿色叶片、红色花瓣、去离子水

四、实验步骤 一、TiO2溶胶制备 目前合成纳米TiO2的方法有多种，如溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、电化 学沉积法等。本实验采用溶胶-凝胶法。 （1）在500mL的三口烧瓶中加入1：100（体积比）的硝酸溶液约100mL，将三口烧瓶置于60-70oC的恒温水浴中恒温。 （2）在无水环境中，将5mL钛酸丁酯加入含有2mL异丙醇的分液漏斗中，将混合液充分震荡后缓慢滴入（约1滴/秒）上述三口烧瓶中的硝酸溶液中，并不断搅拌，直至获得透明的TiO2溶胶。 二、TiO2电极制备 取4片ITO导电玻璃经无水乙醇、去离子水冲洗、干燥，分别将其插入溶胶中浸泡提拉数次，直至形成均匀液膜。取出平置、自然晾干，再红外灯下烘干。最后在450oC下于马弗炉中煅烧30min 得到锐态矿型TiO2修饰电极。可用XRD粉 末衍射仪测定TiO2晶型结构。 三、染料敏化剂的制备和表征 (1) 叶绿素的提取 采集新鲜绿色幼叶，洗净晾干，去主脉，称取5g剪碎放入研钵，加入少量石油醚充分研磨，然后转入烧杯，再加入约20mL石油醚，超声提取15min后过滤，弃去滤液。将滤渣自然风干后转入研钵中，再以同样的方法用20mL丙酮提取，过滤后收集滤液，即得到