染料敏化太阳能电池的设计.docx
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染料敏化太阳能电池的设计
摘要
太阳能是新能源开发利用最活跃的领域。
目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价格相对低廉,制作工艺简单,拥有潜在的高光电转换效率,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。
关键词:
太阳能电池、染料敏化、二氧化钛、纳米TiO2
第一章概述
1.1染料敏化太阳能电池概述
1.1.1染料敏化太阳能电池概念
染料敏化太阳电池(dye—sensitizedsolarcell,DSSC)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。
但光电转换效率较低等问题阻碍了其广泛应用。
光阳极的性质直接影响DSSC光电转换的能力和效率,研究制备高效的光阳极是该领域迫切需要研究的重点问题。
染料敏化纳米晶太阳能电池DSSCs(Namo-CrystallionDye-SensitizedSolarCells),主要由制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜、敏化剂分子、电解质和对电极组成,其中制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜构成光阳极。
完全不同于传统硅系结太阳能电池的装置,染料敏化太阳能电池的光吸收和电荷分离传输分别是由不同的物质完成的,光吸收是靠吸附在纳米半导体表面的染料来完成,半导体仅起电荷分离和传输载体的作用,它的载流子不是由半导体产生而是由染料产生的。
1.1.2染料敏化太阳能电池的发展状况
进入20世纪以来,伴随着人类工业文明的迅速发展,煤、石油、天然气等矿物资源日益枯竭,由此引发的能源危机和环境污染已成为亟待解决的严重问题.因此人们迫切需要寻找其他新的可替代能源.太阳能具有取之不尽、用之不竭、安全可靠、无污染、不受地理环境制约等诸多优点,愈来愈受到广泛重视.
自20世纪60年代起,科学家发现染料吸附在半导体上,在一定条件下能产生电流,这种现象成为光电化学电池的重要基础。
20世纪70年代到90年代,科学家们大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶光敏化作用,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%。
直到1991年,瑞士洛桑高等工业学院Gr.tzel研究小组将高比表面积的纳米
晶多孔TiO2膜作半导体电极引入到染料敏化电极的研究当中,这种高比表面积的纳米晶多孔TiO2组成了海绵式的多孔网状结构,使得它的总表面积远远大于其几何面积,可以增大约1000~2000倍,能有效地吸收阳光,使得染料敏化光电池的光电能量转换率有了很大提高,其光电能量转换率可达7.1%,入射光子电流转换效率大于80%。
1993年,Gr.tzel等人再次报道了光电能量转换率达10%的染料敏化纳米太阳能电池,1997年,其光电能量转换率达到了10%~11%。
1998年,Gr.tzel等人采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态染料敏化纳米晶太阳能电池研制成功,转换效率只有0.74%,但在单色光下其电转换效率达到33%,从而引起了全世界的关注。
2004年,韩国JongHakKim等使用复合聚合电解质全固态染料敏化纳米晶太阳能电池,其光电转换效率可达4.5%。
2004年,日本足立教授领导的研究组用TiO2纳米管做染料敏化纳米晶太阳能电池电极材料其光电转换效率可达5%,随后用TiO2纳米网络做电极其光电转换效率达到9.33%。
2004年,日立制作所试制成功了色素(染料)增感型太阳能电池的大尺寸面板,在实验室内进行的光电转换效率试验中得出的数据为9.3%。
2004年,染料敏化纳米晶太阳能电池开发商PeccellTechnologies公司(Peccell)宣布其已开发出电压高达4V(与锂离子电池电压相当)的染料敏化纳米晶太阳能电池,可作为下一代太阳能电池,有可能逐渐取代基于硅元素的太阳能电池产品。
在产业化方面,染料敏化纳米晶太阳能电池研究取得了较大的进展。
据报导,澳大利亚STA公司建立了世界上第一个面积为200㎡染料敏化纳米晶太阳电池显示屋顶。
欧盟ECN研究所在面积大于1cm2电池效率方面保持最高纪录:
8.18%(2.5c㎡)、5.8%(100c㎡)。
在美国马萨诸塞州Konarka公司,对以透明导电高分子等柔性薄膜等为衬底和电极的染料敏化纳米晶太阳电池进行实用化和产业化研究,期望这种2009年太阳能电池主要应用于电子设备,如笔记本电脑。
目前纳米晶体太阳能电池技术在海外已开始商品化,初期效率约5%。
染料敏化太阳电池的发展历史显示,这种电池制作工艺简单,成本低廉(预计只有晶体硅太阳电池成本的1/10~1/5),引起了各国科研工作者的极大关注,使人们看到了染料敏化太阳电池的广大应用前景。
1.1.3染料敏化太阳能电池的前景和困难
与传统的硅系太阳电池相比,染料敏化纳米晶太阳电池有良好的优势:
第一,制备工艺简单,成本低。
与硅系太阳电池相比,染料敏化电池没有复杂的制备工序,也不需要昂贵的原材料,产业链不长,容易实现成本低的商业化应用。
据估计DSSC太阳电池的制造成本只有硅系太阳电池的1/10~1/5。
第二,对环境危害小。
在硅电池制造中,所用的原料四氟化碳是有毒的且需要高温和高真空,同时这一过程中需要耗费很多的能源;而DSSC电池所用的二氧化钛是无毒的,对环境没有危害不存在回收问题。
第三,效率转换方面基本上不受温度影响,而传统晶体硅太阳电池的性能随温度升高而下降。
第四,光的利用效率高,对光线的入射角度不敏感,可充分利用折射光和反射光。
DSSC太阳电池虽然有光明的前景,但对它的研究仍在起步阶段,还有较多难以克服的缺陷使其不能被广泛应用。
DSSC目前研究较有成果的是液态电解质电池,但这种电池存在一系列问题,如容易导致染料的脱附,容易挥发给密封性带来问题,含碘的液态电解质具有腐蚀性,且本身存在不逆反应导致电池寿命缩短。
解决这个问题的办法就是研制固态染料敏化电池,但目前这种固态电池的仍处于研究阶段,光电转换效率很低。
第二章染料敏化太阳能电池的工作机理
2.1染料敏化太阳电池的结构与原理
染料敏化太阳电池与传统硅太阳电池原理不同,TiO2属于宽带隙半导体(带隙宽度为3.2eV),具有较高的热稳定性和光化学稳定性,不能被可见光激发。
但将合适的染料吸附到这种半导体的表面上,借助于染料对可见光的强吸收,可以将宽带隙半导体拓宽到可见区,这种现象称为半导体的敏化作用,载有染料的半导体称为染料敏化半导体电极。
TiO2不能被可见光激发,因而要在TiO2表面吸附一层对可见光吸收特性良好的敏化剂。
在可见光作用下,敏化剂分子通过吸收光能跃迁到激发态,由于激发态的不稳定性,敏化剂分子与TiO2表面发生相互作用,电子很快跃迁到较低能级TiO2的导带,进入TiO2导带的电子将最终进入导电膜,然后通过外回路,产生光电流。
同时,处于氧化态的染料分子被电解质中的碘离子Iˉ还原回到基态,而Iˉ被氧化为I3ˉ,I3ˉ很快被从阴极进入的电子还原成Iˉ构成了一个循环。
2.1.1染料敏化太阳能电池结构
染料敏化纳米晶(DSSC)太阳电池的结构示意如(图2-1)所示。
在透明导电玻璃(FTO)上镀一层多孔纳米晶氧化物薄膜(TiO2),热处理后吸附上起电荷分离作用的单层染料构成光阳极。
对电极(阴极)由镀有催化剂(如铂Pt)的导电玻璃,中间充有具有氧化还原作用的电解液,经过密封剂封装后,从电极引出导线即制成染料敏化纳米晶太阳电池。
图2-1DSSC太阳电池结构
从结构上来看DSSCs就像人工制作的树叶,只是植物中的叶绿素被敏化剂所代替,而纳米多孔半导体膜结构则取代了树叶中的磷酸类酯膜。
染料敏化纳米晶太阳能电池,主要由制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜、敏化剂分子、电解质和对电极组成,其中制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜构成光阳极。
完全不同于传统硅系结太阳能电池的装置,染料敏化太阳能电池的光吸收和电荷分离传输分别是由不同的物质完成的,光吸收是靠吸附在纳米半导体表面的染料来完成,半导体仅起电荷分离和传输载体的作用,它的载流子不是由半导体产生而是由染料产生的。
2.1.2染料敏化太阳电池的原理
染料敏化纳米晶(DSSC)电池的工作原理是当入射光照射到电极上时,染料分
子(Dye)吸收光子跃迁到激发态,由于激发态不稳定,释放的电子快速注入到紧
邻的TiO2的导带上,进入TiO2导带中的电子最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流。
被氧化了的染料分子通过电解液扩散过来的I-还原回到基态,使染料分子得到再生,Iˉ被氧化成I3ˉ;同时电解质中的I3ˉ扩散回到对电极被电子还原成Iˉ。
然后DSSC电池在光作用下将进行下一个循环。
2.2染料敏化太阳能电池各组成部分的进展
2.2.1光阳极材料
光阳极材料:
光敏材料敏化的半导体光阳极对该电池的性能起到至关重要的作用,成为目前研究的热点。
敏化的TiO2电极是染料敏化太阳能电池的关键部分,可以说其性能直接关系到太阳能电池的总效率。
染料敏化太阳能电池中,TiO2光阳极所用的纳米晶薄膜分为致密TiO2薄层、纳米多孔结构TiO2薄膜,其中致密薄膜是早期染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极所采用的,因其吸附染料效率低,后来少被采用,纳米多孔结构TiO2薄膜在目前染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极采用极为广泛。
染料敏化太阳电池光阳极主要制备方法:
溶胶凝胶法、水热合成法、电泳合成法、磁控溅射法等几种方法。
光阳极的性质直接影响DSSC光电转换的能力和效率,研究制备高效的光阳极是该领域迫切需要研究的重点问题。
1、溶胶凝胶法:
通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀,在酸性或碱性环境中胶溶得到溶胶物质,然后经过干燥焙烧后制得纳米TiO2薄膜电极。
对DSSC而言,传统溶胶凝胶法制得的TiO2电极薄膜与玻璃基底结合牢固,但结构致密、比表面积小,不利于染料吸附[8]和电解质离子的扩散[9],造成光电转换效率低下,在DSSC中的应用受到限制。
2、水热合成法:
是溶胶凝胶法的改进,通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀,在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质。
将高压釜中水热Ostwald熟化后的溶胶涂覆在导电玻璃基片上,经高温煅烧即得到纳米TiO2薄膜电极。
与溶胶凝胶法相比,水热合成法加入了在高压釜中进行的水热熟化过程来控制产物的结晶和长大,进而调节晶型、粒径[10]和薄膜孔隙率[9]等以提高光电转换效率。
杜作娟等[10]以Ti(SO4)2:
为原料,采用水热法制备了锐钛矿型TiO2纳米粉体,并利用XRD、激光粒度仪等对所得TiO2粉体的晶相组成、粒径分布等性质进行了表征,探讨了反应温度和反应时间等条件对粉体晶型及粒径的影响。
试验结果表明,随着反应温度的增高和反应时间的延长,粉体的结晶更完整;较低的反应温度(<180~C)对粉体粒度分布影响不大;当反应时间在5h以下时,对粉体粒径分布基本没有影响,随着反应时间的进一步延长,粉体粒径趋于增大,分布更均匀。
李胜军[9]等利用聚苯乙烯小球做造孔剂,用溶胶一凝胶水热法制备了孔径约200nm、颗粒均匀的锐钛矿型TiO2纳晶薄膜电极,并探讨了造孔剂对电极光电性能、I3ˉ极限扩散电流的影响。
检测结果表明,该电极具有较好的光漫反射性能,球形大孔的存在提高了凝胶电解质在TiO2薄膜电极中的渗透和I3ˉ离子的扩散性能。
与不含大孔的TiO2电极相比,提高短路光电流光电转换效率可提高0.6%。
3、电泳沉积法:
电泳沉积法作为一种制备具有复杂形状薄膜材料的方法,近年来在TiO2薄膜电极制备方面有较多研究[8、11-12]。
在直流电压作用下TiO2悬浮液中的带电颗粒移向反向电极,放电而形成沉积层,经高温煅烧即得到纳米TiO2薄膜电极。
电泳沉积法的主要优点是可以快速得到相对较厚的沉积膜、界面光滑缺陷小、可以直接制备复杂形状的薄膜电极,具有易吸附染料的多孔结构。
但薄膜与导电玻璃基底结合不牢,易脱落,影响了电池的性能。
谢冰等[11]研究了TiO2粉末在不同溶剂中的悬浮液稳定性,使用正丁醇作为有机溶剂进行电泳成膜,探讨了电压、时间、浓度和添加聚乙二醇等不同条件对膜沉积量的影响。
试验结果表明,基体上的沉积量与外加电压和时间近似成线性关系,随着悬浮液浓度的提高而增大。
在添加粘结剂聚乙二醇的情况下,可以增加TiO2,薄膜的沉积量。
刘炜华[8]等分别用溶胶凝胶法、电泳法以及溶胶凝胶一电泳复合法制备了TiO2薄膜电极。
通过比较发现使用溶胶电泳复合法制得的TiO2薄膜电极既解决了膜脱落问题,又可吸附较多的染料,综合了溶胶法和电泳法的优点。
所制备的薄膜电极用于染料敏化太阳电池,开路电压达0.7V,短路电流达l2.59mA/cm,填充因子达0.55,效率达3.14%,远远高于其他两种方法所制得电池的效率。
4、磁控溅射法:
磁控溅射沉积法是在阴极(金属Ti靶)和阳极(导电玻璃)施加正交磁场和电场,在Ar和O2氛围下将靶材表面原子溅射出来,沉积到导电玻璃基片上,得到TiO2薄膜电极。
虽然可制备连续大面积的纳米TiO2薄膜,但结构致密、比表面积小,不利于染料吸附。
李海玲等[13]采用中频磁控溅射法与弧抑制技术相结合制备出了廉价、大面积并且膜与幸寸底结合牢固的TiO2薄膜,讨论了衬底材料、薄膜厚度、掺杂类型等参数对光学性能的影响。
用此方法制备TiO2薄膜可以大面积连续生产,具有廉价、与衬底结合牢固、方便应用等优点,有利于DSSC的产业化发展。
除上述几种主要制备方法外,还有模板法(TemplatingMethod)、超声辅助法(UltrasonicAssistantMethod),液相沉积法(LiquidPhaseDeposition)、反胶束法(ReverseMicellarMethod)等。
不同制备方法的分析比较:
传统的溶胶凝胶法和电泳沉积法有互补的优点和局限性,溶胶凝胶一电泳复合法综合了两者各自的优点,制得的TiO2,薄膜电极既较好地解决了膜脱落问题,又可吸附较多的染料,提高了光电转换效率。
水热合成法对设备要求不高、容易操作,其水热熟化过程还可以控制产物的结晶和长大,因而使纳米TiO2的粒径、分布以及薄膜的孔隙率等成为可控因素,对于提高DSSC光电转换性能意义十分重大。
其局限性是耗时较长,必须进行高温和高压处理,限制了基底材料的选用。
磁控溅射法由于是直接对原子进行操作,薄膜能够牢固地附着在基底上,TiO2,颗粒的大小及尺寸分布可以通过调整两电极间的电压、电流和气体压力等条件来控制。
另一个优点是易于进行大面积的均匀镀膜,对DSSC的大面积化和产业化提供了可靠的技术支持。
此外,该法便于进行掺杂,这对光阳极的修饰具有非常重要的意义。
但是磁控溅射得到的薄膜太致密,低比表面积不利于染料分子的吸附,其广泛应用还受一定限制。
2.2.2光阴极材料
光阴极材料:
阴极在染料敏化太阳能电池中也发挥着重要的作用。
在实际工作中,染料敏化太阳能电池由于有电流通过阴极,产生极化现象,形成超电势,引起电势的损失,降低了电池的性能。
因此,阴极的制备一般用导电玻璃片作为基体,采用不同方法镀上石墨、铂或导电聚合物等不同材料,其中镀铂的效果较好。
2.2.3电解质
电解质担负着复原染料,传输电荷,改变TiO2、染料及氧化还原电对的能级,改变体系的热力学和动力学特性等重要作用,因此,电解质的组成及溶剂配方对太阳能电池的效率有很大影响。
为了提高电池的效率,要求电解质中还原剂必须能迅速地还原染料正离子,而自身还原电位要低于电池电位。
液态电解质含有易挥发的有机溶剂,对电池的长期稳定性有很不利的影响。
解决的方法是使用不挥发、稳定、电导率高的离子液体,或者加入高分子凝胶剂,成准固态的凝胶高分子,这既保持了液体体系的高导电性和高转换效率,又降低了溶剂的挥发和渗漏,从而提高了寿命。
全固态染料敏化太阳能电池也是研究的热点。
目前,人们主要对P型半导体、导电聚合物和空穴传输有机分子这三大类性能良好的固体电解质进行了研究。
中科院物理所与日本东京大学合作利用融盐与p型CuI半导体的复合体系组装的固态染料太阳能电池的效率达到了3.8%[1],Tennakone等[2]用4CaBr3S(C4H9)2的聚合物性质优化了接触,提高了电池性能,从一个侧面说明了聚合物电解质的优势,但η最高只有5%左右[3]。
由于液态电解质在封装上的技术困难,人们开发了无机半导体体系的固态电解质、有机空穴传输材料和高分子电解液体系等。
与液态电解质相比,固态染料敏化太阳能电池敏化剂的氧化还原电位,可以和空穴导体的工作函数更好的匹配,所以固态染料敏化太阳能电池获得的Uoc值很高,可以达到接近1V。
以固态电解质取代液态电解液应用于染料敏化太阳能电池,可以提高和改善电池的长期稳定性。
2.2.4敏化剂
敏化剂:
敏化剂吸收太阳光产生光致分离,它的性能直接决定太阳电池的光电性能。
新的敏化剂使吸收长波的能力增加,并且具有很高的光学横断面和吸收近红外光的能力。
按其结构中是否含有金属原子或离子,敏化剂分为有机和无机两大类。
无机类敏化剂包括钌、锇类的金属多吡啶配合物、金属卟啉、金属酞菁和无机量子点等;有机敏化剂包括天然染料和合成染料。
敏化染料分子的性质是电子生成和注入的关键因素,作为光敏剂的染料须具备以下条件:
①对二氧化钛纳米晶结构的半导体电极表面有良好的吸附性,即能够快速达到吸附平衡,而且不易脱落;②在可见光区有较强的、尽量宽的吸收③染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性;④激发态寿命足够长,且具有很高的电荷传输效率,这将延长电子-空穴分离时间,对电子的注人效率有决定性作用;⑤具有足够负的激发态氧化还原电势,以保证染料激发态电子注入二氧化钛带。
2.3染料敏化太阳能电池有潜力的几类
2.3.1染料敏化纳米晶太阳能电池
敏化的纳米晶TiO2电极是染料敏化太阳能电池的关键部分,其性能直接关系到太阳能电池的总效率。
在制备技术方面,基于传统的刮涂制膜技术和逐层沉积制备技术,由于操作的复杂性和技术掌握的难度,是光阳极制备的瓶颈问题。
丝网印刷技术由于其大面积制备的可操作性,是实现未来工业化不错的手段,但同样存在技术操作复杂的缺点,同时其规模制备所需条件依然需要改进和优化在染料敏化上,寻找低成本、性能良好的染料成为当前研究的一个热点。
总之,通过光敏化,获得较宽的可见光谱响应范围,快速的电子传输,优越的电子散射系数,增强的光收集效率以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜将是未来TiO2光阳极研究的方向。
2.3.2纤维状无TCO染料敏化太阳能电池
纤维状无TCO染料敏化太阳能电池(fiber-typeTCO-lessdyesensitizedsolarcell),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。
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9mm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(netconversionefficiency)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。
2.3.3利用有机物来提高转换效率
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,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。
利用此方法不但降低了成本,而且2009年该夏普公司成功制造出每25平方公尺光电转换效率达8.2%的DSSC,目前为全球该尺寸最高光电转换率的DSSC。
随着深度的研究将推出商业化的DSSC。
因为目前主流的单晶硅太阳能电池,其模块光电转换效率才达约15%。
第三章染料敏化太阳能电池的制作过程
3.1染料敏化太阳能电池的制作步骤
二氧化钛膜的制备
↓
利用天然染料把二氧化钛膜着色
↓
制作反电极
↓
组装电池
↓
注入电解质
图3-1染料敏化太阳能电池的制作步骤
3.1.1二氧化钛膜的制备
二氧化钛的制备有两种方法(图3-2):
一种方法是:
称取适量二氧化钛粉(DegussaP25)放入研钵中,一边研磨,一边逐渐加入硝酸或乙酸(pH值为3—4),研磨均匀。
图3-2二氧化钛浆料制备
另一种方法是:
取适量二氧化钛粉,加入乙酰丙酮水溶液,然后边研磨边逐渐加入水使之研磨均匀。
图3-3二氧化钛涂覆
取一定面积的导电玻璃,用万用表来检测判断其导电面。
用透明胶带盖住电极的四边,其中3边约盖住1—2mm宽,而第四边约盖4—5mm宽。
胶带的大部分与桌面相粘,有利于保护玻璃不动,这样形成一个约40—50μm深的沟,用于涂敷二氧化钛。
在上面几滴TiO2溶液,然后用玻璃棒徐徐地滚动,使其涂敷均匀(图3-3)。
图3-4用酒精灯烘干
(图3-4)待二氧化钛薄膜自然凉干后,再撕去胶带,放入炉中,在450℃下保温半小时。
可选用电热枪或管式炉,也可用酒精灯或天然气灯在有支撑下加热10min。
然后让其自然冷却至室温,储存备用。
烧结后得到二氧化钛膜。
其类似于类囊体膜,呈多孔状,多孔膜有利于吸收太阳光和收集电子。
3.1.2利用天然染料把二氧化钛膜着色
在新鲜的或冰冻的黑莓、山莓和石榴籽上滴3—4滴水,再进行挤压、过滤,即可得到我们所需要的初始染料溶液;也可以把TiO2膜直接放在已滴过水并挤压过的浆果上,或在室温下把TiO2膜浸泡在红茶(木槿属植物)溶液中。
有些水果和叶子也可以用于着色。
如果着色后的电极不立即用,必须把它存放在丙酮和脱植基的叶绿素混合溶液中(图3-5)。
图3-5二氧化钛薄膜着色
3.1.3制作反电极
图3-6反电极制备
电池既需要光阳极,又要一个对电极才能工作。
对电极又叫反电极。
取与正电极相同大小的导电玻璃,利用万用表判断玻璃的导电面(利用手指也可以作出判断,导电面较为粗糙)。
把非导电面标上‘+’,然后石墨棒或软铅笔在整个反电极的导电面上涂上一层碳膜。
这层碳膜主要对Iˉ和I3ˉ起催化剂的作用。
整个面无需掩盖和贴胶带。
因而整个面都可以涂上一层催化剂。
可以通过把碳膜在450℃下烧结几分钟来延长电极的使用寿命。
电极必须用乙醇清洗,并烘干。
也可以利
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