你知道太陽(yáng)每年可以為地球提供多少能量嗎？
你知道地球上人類(lèi)一年工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活活動(dòng)一共需要多少能量嗎？
那么你知道染料敏化太陽(yáng)能電池可以扮演什么角色嗎？
什么是太陽(yáng)能電池？
　　太陽(yáng)能電池只是利用太陽(yáng)光發(fā)電的方式，目前使用的太陽(yáng)能電池主要是多晶硅、單晶硅太陽(yáng)能電池。染料敏化太陽(yáng)嫩電池是近幾年研究非常熱門(mén)并且逐步走向?qū)嵱没囊环N太陽(yáng)能技術(shù)。
　　太陽(yáng)究竟賦予了地球多少能量？
　　太陽(yáng)能在我們?nèi)种膰?guó)土上, 年輻射量超過(guò)60萬(wàn)焦耳/平方厘米, 每年地表吸收的太陽(yáng)能大約相當(dāng)于17萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。（中國(guó)煤炭的總儲(chǔ)量為約6000億噸）換句話(huà)說(shuō)每年地表吸收的太陽(yáng)能可以相當(dāng)于280多倍中國(guó)的煤炭總儲(chǔ)量。
　　太陽(yáng)每年通過(guò)大氣向地球輸送的能量高達(dá)3×1024焦耳，這種免費(fèi)潔凈的能源是地球發(fā)展的可靠保證。據(jù)統(tǒng)計(jì)地球上人類(lèi)一年的能源總需求達(dá)到約4.363×1020焦耳，也就是說(shuō)如果我們可以收集其中的萬(wàn)分之一到萬(wàn)分之二就足夠我們的需求了。?
　　什么是染料敏化太陽(yáng)能電池？
　　“染料敏化太陽(yáng)能電池”全稱(chēng)為“染料敏化納米薄膜太陽(yáng)能電池 ”，是模擬自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的納米多孔二氧化鈦半導(dǎo)體膜作為光陽(yáng)極，并選用適當(dāng)?shù)难趸€原電解質(zhì)，用鍍鉑的導(dǎo)電玻璃作為光陰極，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的染料敏化太陽(yáng)電池就做好了。只要太陽(yáng)光一照到電池上，它就會(huì)源源不斷的開(kāi)始發(fā)電了。
　　太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)
　　太陽(yáng)能發(fā)電具有安全可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染、不消耗原材料、不必架設(shè)高壓輸電線(xiàn)路、建站周期短、規(guī)?？纱罂尚?、可以無(wú)人值守等一系列優(yōu)點(diǎn)。
　　特別對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民供電，或者野外科考、野外作業(yè)、軍事指揮臨時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定供電具有非常 便利的優(yōu)點(diǎn)。
　　單多晶硅太陽(yáng)電池的缺點(diǎn)
　　目前，進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的太陽(yáng)電池主要以硅電池為主，由于其苛刻的生產(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)成本一直居高不下，為20-40元/峰瓦，只能在軍事和必不可少的通訊領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，無(wú)法在廣大的農(nóng)村以及城市居民中推廣應(yīng)用； 因而只能作為一種必要的緊急用電的補(bǔ)充，不可能成為一種主要的發(fā)電手段和能源供應(yīng)形式。
　　染料敏化太陽(yáng)電池的優(yōu)點(diǎn)
　　從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講，若批量生產(chǎn)，電池的成本在5—10元/(峰瓦)左右，而普通的硅電池在20-40元/(峰瓦)，因而染料敏化太陽(yáng)能電池電池非常適合批量生產(chǎn)，滿(mǎn)足城市居民以及廣大農(nóng)村的需要，特別是對(duì)我國(guó)近七千萬(wàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)人口的用電具有實(shí)際的意義。
　　戰(zhàn)略角度來(lái)講，我國(guó)是一個(gè)能源的消耗大國(guó)，特別是電力的短缺嚴(yán)重影響我國(guó)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。但是無(wú)論是核電還是火電所需要的燃料都是非常有限的，發(fā)電的同時(shí)也給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因此我國(guó)尤其應(yīng)當(dāng)注重太陽(yáng)能這種可再生綠色能源的開(kāi)發(fā)與利用。為經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
　　從實(shí)用性角度來(lái)講，從染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)可以看出，電池是由透明導(dǎo)電玻璃及有一定顏色的染料和電解質(zhì)構(gòu)成，且?guī)б欢伾?，所以可以通過(guò)適當(dāng)選擇染料和電解質(zhì)的顏色及TiO2膜的厚度來(lái)控制整個(gè)電池的透光率，這樣可以把電池用作窗戶(hù)玻璃，即透光又可當(dāng)電池用。
　　染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)和工作原理
　　染料敏化太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)示意圖
　?、?染料分子受太陽(yáng)光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)；
　?、?處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中；
　?、?電子擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中；
　?、?處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生；
　?、?氧化態(tài)的電解質(zhì)在對(duì)電極接受電子后被還原，從而完成一個(gè)循環(huán)；
　?、?和 ⑺ 分別為注入到TiO2導(dǎo)帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復(fù)合及導(dǎo)帶上的電子和氧化態(tài)的電解質(zhì)間的復(fù)合
　　研究結(jié)果表明：只有非?？拷黅iO2表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到TiO2導(dǎo)帶中去，多層敏化劑的吸附反而會(huì)阻礙電子運(yùn)輸；染料色激發(fā)態(tài)壽命很短，必須與電極緊密結(jié)合，最好能化學(xué)吸附到電極上；染料分子的光譜響應(yīng)范圍和量子產(chǎn)率是影響DSSC的光子俘獲量的關(guān)鍵因素。
　　手工制作簡(jiǎn)單太陽(yáng)能電池
　　在聽(tīng)完染料敏化太陽(yáng)電池的簡(jiǎn)單介紹后，您一定對(duì)這種新型的綠色能源非常感興趣，那么你是不是想自己動(dòng)手制作一塊自己的太陽(yáng)能池呢？閑話(huà)少敘那么下面就跟著我們進(jìn)行染料敏化太陽(yáng)電池的制作吧！
　　第一步：二氧化鈦膜的制備
　　把二氧化鈦膠體涂敷在透明導(dǎo)電玻璃上。用酒精燈烤干。
　　第二步：利用天然染料把二氧化鈦膜著色
　　把新鮮的或冰凍的黑莓、山莓石榴籽或紅茶，用一大湯匙的水進(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，最后用乙醇沖洗，并用柔軟的紙輕輕地擦干。
　　第三步：制作對(duì)電極
　　電池既需要光陽(yáng)極，又要一個(gè)對(duì)電極才能工作。對(duì)電極又叫反電極，是由涂有導(dǎo)電的SnO2膜層組成的，利用一個(gè)簡(jiǎn)單的萬(wàn)用表就可以判斷玻璃的哪一面是導(dǎo)電的，利用手指也可以作出判斷，導(dǎo)電面較為粗糙。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。
　　第四步：注入電解質(zhì)
　　注入含碘和碘離子的溶液作為太陽(yáng)電池的電解質(zhì)，它主要用于還原和再生染料。
　　第五步：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)，然后把反電極的導(dǎo)電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯(cuò)開(kāi)，以便利用暴露在外面的部分作為電極的測(cè)試用。利用兩個(gè)夾子把電池夾住，這樣，你的太陽(yáng)能電池就作成了。在室外太陽(yáng)光下，可以獲得開(kāi)路電壓0.43V ，短路電流1mA/cm2的自己做的太陽(yáng)電池。
　　夸父逐日的故事已經(jīng)過(guò)去了幾千年，但是依然激勵(lì)著華夏兒女在今天對(duì)太陽(yáng)不屈不撓的追求，利用太陽(yáng)能，發(fā)展太陽(yáng)能，利用太陽(yáng)發(fā)電成為許許多多華夏兒女以及其他國(guó)家科學(xué)家的熱切追求。因?yàn)橹恍枰獙⒌厍蛏?.3％的面積上鋪上太陽(yáng)能電池（光電轉(zhuǎn)化效率10％）就可以收集足夠的能量供應(yīng)地球居民全部的能量需求！
　　希望十年后當(dāng)你搬入新家時(shí)，當(dāng)你看到淡褐色的窗玻璃時(shí)，別忘了它正在靜靜為你發(fā)電，從此不必交電費(fèi)。

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