太陽能電池的原理及制作
三、納米晶化學(xué)太陽能電池
在太陽能電池中硅系太陽能電池無疑是發(fā)展最成熟的,但由于成本居高不下,遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。為此,人們一直不斷在工藝、新材料、 電池薄膜化等方面進(jìn)行探索,而這當(dāng)中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池受到國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的重視。
以染料敏化納米晶體太陽能電池(DSSCs)為例,這種電池主要包括鍍有透明導(dǎo)電膜的玻璃基底,染料敏化的半導(dǎo)體材料、對(duì)電極以及電解質(zhì)等幾部分。
陽極:染料敏化半導(dǎo)體薄膜(TiO2膜)
陰極:鍍鉑的導(dǎo)電玻璃
電解質(zhì):I3-/I-
如圖所示,白色小球表示TiO2,紅色小球表示染料分子。染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定,電子快速注入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶,染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償,進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜,然后通過外回路產(chǎn)生光電流。
納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10%以上,制作成本僅為硅太陽電池的1/5~1/10.壽命能達(dá)到20年以上。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步,估計(jì)不久的將來會(huì)逐步走上市場(chǎng)。
四、染料敏化TiO2太陽能電池的手工制作
1.制作二氧化鈦膜
(1)先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進(jìn)行研磨
(2)接著用玻璃棒緩慢地在導(dǎo)電玻璃上進(jìn)行涂膜
(3)把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)10~15分鐘,然后冷卻
2.利用天然染料為二氧化鈦著色
如圖所示,把新鮮的或冰凍的黑梅、山梅、石榴籽或紅茶,加一湯匙的水并進(jìn)行擠壓,然后把二氧化鈦膜放進(jìn)去進(jìn)行著色,大約需要5分鐘,直到膜層變成深紫色,如果膜層兩面著色的不均勻,可以再放進(jìn)去浸泡5分鐘,然后用乙醇沖洗,并用柔軟的紙輕輕地擦干。
3.制作正電極
由染料著色的TiO2為電子流出的一極(即負(fù)極)。正電極可由導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面(涂有導(dǎo)電的SnO2膜層)構(gòu)成,利用一個(gè)簡(jiǎn)單的萬用表就可以判斷玻璃的那一面是可以導(dǎo)電的,利用手指也可以做出判斷,導(dǎo)電面較為粗糙。如圖所示,把非導(dǎo)電面標(biāo)上‘+’,然后用鉛筆在導(dǎo)電面上均勻地涂上一層石墨。
4.加入電解質(zhì)
利用含碘離子的溶液作為太陽能電池的電解質(zhì),它主要用于還原和再生染料。如圖所示,在二氧化鈦膜表面上滴加一到兩滴電解質(zhì)即可。
5.組裝電池
把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上,在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解質(zhì),然后把正電極的導(dǎo)電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯(cuò)開,用兩個(gè)夾子把電池夾住,兩片玻璃暴露在外面的部分用以連接導(dǎo)線。這樣,你的太陽能電池就做成了。
6.電池的測(cè)試
在室外太陽光下,檢測(cè)你的太陽能電池是否可以產(chǎn)生電流。
評(píng)論