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天然植物作为染料的太阳能电池的性能研究 答辨人：施伟 1. 选题意义 2. DSSC原理 3. 实验部分 4. 结果及分析 5 结论与展望 一、选题意义 二.DSSC的工作原理 3.本文的内容 三、实验部分 5.表征与测试 XRD,SEM,UV,IV,EIS si结果及分析 1.TiO2电极的表征 下图为经过450℃高温处理后制备的TiO2电极的XRD图。纳米晶TiO2的晶型中，锐钛矿相和金红石相的特征峰分别是2θ=25.3°和2θ=27.4°。从图中可以看出，水热法制备的TiO2以锐钛矿为主相，伴有极少量的金红石相，晶体生长较好。 TiO2薄膜的SEM照片下图所示。从图中可以看出，所制备TiO2薄膜较均匀呈多孔状，表面较平整，无开裂现象，薄膜厚度约为6μm左右，TiO2颗粒尺寸约为30nm左右。这些均匀的纳米晶颗粒相互连接形成三维网状多孔结构薄膜。 2.天然染料的紫外可见光吸收光谱 3.I-V特性曲线 从上表中结果可以看出，天然染料敏化的DSSC效率都不高，基本上都低于1%，可能有三个方面的原因：首先因为这些天然染料缺乏羧基和羟基等官能团，而不是产生能与薄膜有效键合的化学吸附，通常只是物理吸附，所以与纳米TiO2相互作用较弱；其次这些染料物质的大分子结构和键状使色素和TiO2的表面形成一个空间障碍，阻碍了电子从染料分子到TiO2导带的有效传输；此外，电池性能还与激发态敏化剂的能级是否与半导体能级相匹配有关，只有当激发态染料分子的能级高于TiO2导带的底带位置时，才能有效的注入电子。 5电化学阻抗谱研究 不同天然染料敏化的DSSC的阻抗谱对比 天然染料敏化的DSSC的阻抗谱 1.在本论文所做的实验中,采取水溶剂榨取和无水乙醇萃取两种方法从8种天然植物的叶子和果实中提取染料，测试8种染料敏化的DSSC的光电性能和EIS，结果显示，在水溶液榨取的染料中心里美敏化性能最佳，无水乙醇萃取的染料中山竹皮敏化效果最佳。EIS测试结果显示心里美、冬青和山竹皮敏化的DSSC在暗态下有最大的Rk值，说明暗反应最弱，光电性能最好，和IV测试结果一致。 2.与其他类染料相比，天然染料敏化的DSSC的效率不高，主要原因在于天然染料中具有有效敏化作用的成分含量低，且单一植物中的染料种类少，很难与太阳发射光谱向匹配，使电极在可见光区的光电响应区域较窄， 要提高天然染料的敏化效果，就需要从种类繁多的天然染料中提取合适的染料，然后进行分离提纯，对有效成分进行富集，同时根据色素的光吸收谱，人工合成混合染料，拓宽染料的光吸收范围，提高与太阳光谱的匹配性，从而提高天然色素的敏化性能。 复旦大学 复旦大学 * China University of Mining and Technology China University of Mining and Technology College of Science * * 敏化剂 吸收尽可能多的太阳光； 紧密吸附在纳米晶网络电极表面；（－COOH,-SO3H,－PO3H2等） 与相应的纳米晶的能带相匹配； 激发态寿命足够长； 具有长期的稳定性…… 1.天然染料的制备 3.多孔TiO2薄膜电极的制备 4.电池组装 上图是从8种常见的植物的叶和果实中提取的天然染料的UV-vis吸收谱，（a）是用水溶液提取火龙果皮、心里美和紫甘蓝的水溶液染料，（b）是用无水乙醇萃取的冬青叶、麦冬果实、山竹皮、樟树叶和樟树果实的乙醇溶液染料。 从图中可以看出，这些染料在红外光区的吸收特性相差很小，主要差异在紫外和可见光区。 上图是天然染料作为敏化剂的DSSC的I-V特性曲线，（a）是水溶液提取的染料作为敏化剂的电池I-V图，（b）是无水乙醇萃取的染料作为敏化剂的电池I-V图。根据I-V曲线可以计算出电池的开路电压、短路电流、转换效率等光电性能参数，结果下表所示。 dye English name photo Isc(mA cm-2） Voc（V） FF η(%) 火龙果皮 Pitaya pericarp 0.48 0.54 0.60 0.31 心里美 Xinlimei 1.08 0.58 0.66 0.82 紫甘蓝 Purple cabbage 0.38 0.50 0.65 0.25 冬青叶 Leaf of holly 0.94 0.59 0.64 0.72 麦冬果实 Fruit of Radix ophiopogonics 0.67 0.58 0.62 0.48 山竹皮 Mangosteen pericarp 1.43 0.64 0.65 1.19 樟树叶 Leaf of camphortree 0.76 0.61 0.58