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对电极性能对染料敏化太阳电池动力学过程的影响_奚小网

对电极性能对染料敏化太阳电池动力学过程的影响_奚小网
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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

晶体硅太阳能电池

晶体硅太阳能电池 专业班级:机械设计制造及其自动化13秋姓名:张正红 学号: 1334001250324 报告时间: 2015年12月

晶体硅太阳能电池 摘要:人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力,能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。人们开始急切地寻找其他的能源物质,而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来,因此近年来,光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍,并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。 关键词:太阳能电池;工作原理;晶体硅;特点;发展趋势 前言 “开发太阳能,造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近!近20年来,光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构,太阳能光伏(PV)发电成本将会进一步降低,到本世纪中叶将降至4美分/KWh,优于传统的发电费用。 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本,通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本,通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本,通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在! 一、晶体硅太阳能电池工作原理 太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器,太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。

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。

高效晶硅太阳能电池生产的前沿技术介绍

高效晶硅太阳能电池生产的前沿技术介绍系列之 ————SE电池技术 序言: 太阳能电池产品能够普及的关键是低成本发电。当光伏发电成本与传统能源持平甚至低于传统能源的时候,太阳能电池产品将不依赖于政府的补贴,得以在民众中普及推广。低成本的实现途径包括光电转化效率提高、生产成本下降及组件寿命提升三方面。提高太阳能电池光电转换效率一直是光伏行业工艺研发人员的工作重点,近年来发展起来的高效晶硅太阳能电池前沿技术包括:SE选择性发射电极技术、MWT技术、EWT 技术、HIT技术、表面钝化技术、IBC技术、LBSF技术、黑硅技术、双面电池技术、二次印刷技术等。虽然,到目前为止,上述太阳能电池前沿技术的生产成本还很难与常规电池工艺匹敌,无法实现大批量生产。但是,低成本光伏产品的爆炸式发展将依赖于太阳能电池新工艺技术的革新。因此,我计划对目前世界范围内研发的高效晶硅太阳能电池前沿技术进行一个系列介绍,以便于我司技术人员了解晶硅太阳能电池行业的技术动态,拓展思维方式。本期将首先介绍SE选择性发射电极技术。 一、SE电池技术介绍 SE电池技术即选择性发射极(SE-selectiveemiter)技术,即在金属栅线(电极)与硅片接触部位进行重掺杂,在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构可降低扩散层复合,由此可提高光线的短波响应,同时减少前金属电极与硅的接触电阻,使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善,从而提高转换效率。其电池结构示意图如图1所示: 图1:SE电池与传统电池结构比较 二、SE结构电池的优点 1、降低串联电阻,提高填充因子 在丝网印刷工艺下,前栅接触电阻、体电阻和扩散层薄层电阻对串联电阻贡献最大。根据金属-半导体接触电阻理论,接触电阻与金属势垒(barrierheight)和表面掺杂浓度(Nb)有关,势垒越低,掺杂浓度越高,接触电阻越小。 2、减少载流子Auger复合,提高表面钝化效果 当杂质浓度大于1017cm-3时,Auger复合是半导体中主要的复合机制,而Auger复合速率与杂质浓度的平方成反比关系,所以SE的浅扩散可以有效减少载流子在扩散层横向流动时的Auger,提高载流子收集效率。

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

晶硅太阳能电池的特点和种类

晶体硅太阳能电池的种类及特点 太阳能电池已经有30多年的发展历史。目前世界各国研制的硅太阳能电池种类繁多,;主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能电池占50%,多晶硅电池占20%、非晶占30%。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈 是成本高。为此,需加大研发力度,集中在降低成本和提高效率的关键技术上有所突破,主要包括:a)晶体硅电池技术。降低太阳硅材料的制备成本:开发专门用于晶体硅太阳 能电池的硅材料,是生产高效和低成本太阳电池的基本条件;同时实现硅材料国产化和 提高性能,从产业链的源头,抓好降低成本工作。提高电池/组件转换效率:高效钝化 技术,高效陷光技术,选择性发射区,背表面场,细栅或者单面技术,封装材料的最佳 折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜电池为方向,高效率、高稳定性、低 成本是光伏电池发展的基本原则。 单晶硅在太阳能的有效利用当中,太阳能光电利用是近些年来发展最快,也是最具 活力的研究领域。而硅材料太阳能电池无疑是市场的主体,硅基(多晶硅、单晶硅)太阳 能电池占80%以上,每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能电池用单晶硅, 虽然利润比较低,但是市场需求量大,供不应求,如果进行规模化生产,其利润仍然很 可观。目前,中国拟建和在建的太阳能电池生产线每年将需要680多吨的太阳能电池用 多晶硅和单晶硅材料,其中单晶硅400多吨,而且,需求量还以每年15%~20%的增长 率快速增长。硅系列太阳能电池中,单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为23%,而规模生产的单晶硅太阳能电池,其效率为15%,技术也最为成熟。高性能单晶 硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅 的电池工艺已近成熟,在电池制作中,一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂 等技术,开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率 主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面,德国夫朗霍费费莱堡太阳 能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化,制 成倒金字塔结构。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率:通过以上制得 的电池转化效率超过23%。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n,P型单晶硅,进而制备出p/n结、二极管及晶体管,从而使硅材料有了真正的用途。单晶硅太阳能电 池转换效率无疑是最高的,在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位,但由于受单晶 硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响,致使单晶硅成本价格居高不下,要想大幅度 降低其成本是非常困难的。 多晶硅众所周知,利用太阳能有许多优点,光伏发电将为人类提供主要的能源,但 目前来讲,要使太阳能发电具有较大的市场,被广大的消费者接受,提高太阳电池的光 电转换效率,降低生产成本应该是我们追求的最大目标,从目前国际太阳电池的发展过 程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合 1

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;

高效晶体硅太阳能电池介绍

高效晶体硅太阳电池简介(1) PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究 的高效电池。它的结构如图2-13a所示,正面采用倒金字塔结构,进行双面钝化,背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触,这样制备的电池最高效率可达到23.2%[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的,所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合,所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加(因为载流子要横向长距离传输才能到达此处),从而导致电池的填充因子降低。另外,在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难,这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。 为了进一步改善PERC电池性能,该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂,即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出,但是最大的困难是掺杂工艺的实现,因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小,并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构和工艺的基础上,J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池,结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃,时间为20 min,随后采用了drive-in step技术(1070 ℃,2 h)。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整,由2 mm缩短为250 μm,大大减少了横

向电阻。如此,在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24%,比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。 1993年该课题组对PERL电池进行改善,使其效率提高到24%,1998年再次提高到24.4%,2001年达到24.7%,创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]:(1)正面采光面为倒金字塔结构,结合背电极反射器,形成了优异的光陷阱结构;(2)在正面上蒸镀了MgF2/ZnS双层减反射膜,进一步降低了表面反射;(3)正面与背面的氧化层均采用TCA工艺(三氯乙烯工艺)生长高质量的氧化层,降低了表面复合;(4)为了和双层减反射膜很好配合,正面氧化硅层要求很薄,但是随着氧化层的减薄,电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾,相对于以前的研究,增加了“alneal”工艺,即在正面的氧化层上蒸镀铝膜,然后在370 ℃的合成气氛中退火30 min,最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后,载流子寿命和开路电压都得到较大提高,而与正面氧化层的厚度关系不大。这种工艺的原理是,在一定温度下,铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢,在Si/SiO2的界面处对一些悬挂键进行钝化。(5)电池的背电场通过定域掺杂形成,掺杂的温度和时间至关重要,对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要,因为这关系到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中浓硼扩散区面积为30 μm×30 μm,接触孔的面积为10 μm ×10 μm,孔间距为250 μm,浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散

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

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