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进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（TiO2）晶体太阳能电池是最近进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 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，瑞士洛桑高等工业图 1 Gratzel 讨论小组开发的 DSSC学 院 （ EPFL ） 的 Gratzel 讨 论 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 TiO2 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，该讨论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讨论主要集中在阳极材料的改性、染料的改进、电解质的讨论、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 TiO2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，因此根据其特点分为两部分，第一部分为关键材料的制备与表征；第二部分为器件的组装与测试。本实验为第一部分。下图为实验室制备的 DSSC。NNNNNNRuCOOHCOOHCOOHHOOCHOOCCOOHNNNNRuCOOHHOOCHOOCCOOHNCSNCSNNNRuCOOHHOOCHOOCNCSNCSNCS 图 2 实验室制备的使用不...
