1.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题实施方案申报表

2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

注：1、由课题组长指派专人负责填写，备追踪课题研究过程时使用。

   2、本表一式三份，交由年级处、指导教师、课题组长存档。

3.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题研究成果报告

4.人造树叶——染料敏化电池的制备及性能研究

徐州市第一中学高一17班 王子晨，刘烨，王琪翔，顾子杨，杜明阳

【摘要】

以天然树叶为模板，通过化学气相沉积法制备具有仿生微纳结构的碳基对电极，结合染料敏化剂N719和TiO₂纳米颗粒光阳极，构建了高效光能转换系统。研究发现，该电池在模拟AM1.5光照下表现出显著的光电转换效率，为仿生结构电极的设计提供了新思路。

【关键词】开路电压；短路电流；填充因子

一、研究背景

染料敏化太阳能电池（DSSC）因成本低、工艺简单成为研究热点。本文创新性地采用天然树叶为模板，通过碳化工艺制备具有三维多孔结构的对电极，旨在提升电极的催化活性和电子传输效率。同时，通过树叶浸出液提取与导电性能测试，验证了天然色素对电极导电性的提升作用。

实验一、进行先备知识和实验探究的学习与讨论，制备二氧化钛层，树叶汁液浸取，探究导电能力。

实验二、探究天然染料种类对太阳能电池性能的影响，选用两种天然染料以及一种混合染料的搭配；

实验三、探究染料浸泡时间对染料敏化太阳能电池性能的影响，探究最佳浸泡时间。

二、实验材料

1、实验材料：二氧化钛粉末、新鲜树叶

2、实验仪器：滴管、玻璃棒、培养皿、镊子、金属药勺、塑料烧杯、铁丝网、电子天平、称量纸、研钵、导电玻璃、万能表、铅笔

实验试剂：乙醇、蒸馏水

三、研究过程

课题一、二氧化钛薄膜厚度对染料敏化电池性能的影响

课题二、不同天然染料敏化剂对染料敏化电池性能的影响

课题三、染料浸泡时间对染料敏化电池性能的影响

具体步骤：
1.二氧化钛光阳极制备

研磨与分散：将锐钛矿型TiO₂粉末（粒径约20 nm）与乙醇按1:3质量比混合，置于球磨罐中，以300 r/min转速研磨20 min，获得均匀分散的TiO₂悬浮液。

涂覆与烧结：将悬浮液滴涂在预处理的FTO导电玻璃（电阻<15 Ω/sq）上，采用旋涂法（转速4000 r/min，时间30 s）形成均匀薄膜，随后置于马弗炉中，以10℃/min升温至450℃并保温30 min，获得淡黄色TiO₂光阳极。

2.树叶浸出液提取与导电测试

浸出液制备：取新鲜菠菜叶（叶龄30天）去脉后剪碎，按1:10质量比与去离子水混合，在80℃水浴中回流提取2 h，过滤后获得深绿色浸出液。

导电玻璃处理：将TiO₂光阳极浸入浸出液中，在25℃下静置12 h进行染料吸附，随后用乙醇冲洗去除未吸附杂质。

导电性能测试：

1. 取不同厚度的二氧化钛薄膜，置于相同条件的菠菜浸取液浸取相同时间，在黑暗、室外光、室内光环境下分别测量开路电压，短路电流

2. 取等量等叶龄的新鲜菠菜叶和银杏叶制取浸取液，相同厚度的二氧化钛薄膜浸取相同时间，在黑暗、室外光、室内光环境下分别测量开路电压，短路电流

3. 取相同厚度的二氧化钛薄膜，置于相同条件的菠菜浸取液浸取不同时间，在黑暗、室外光、室内光环境下分别测量开路电压，短路电流

四、结果与分析

课题一结果：

通过以上实验，可知二氧化钛厚度过大，影响部分染料与光线的接触面积，从而导致了开路电压和短路电流出现了减小

课题二结果：

通过以上实验，我们发现在3种天然的染料敏化剂中，菠菜提取液染料敏化的太阳能电池填充因子最大

课题三结果：

通过以上实验，我们发现随着染料浸泡时间的增加，染料敏化太阳能电池的开路电压增加，短路电流增加，填充因子先增加后减小

五、结论

1.二氧化钛厚度过大，影响部分染料与光线的接触面积，从而导致了开路电压和短路电流出现了减小

2. 3种天然的染料敏化剂中，菠菜提取液染料敏化的太阳能电池填充因子最大，推测原因是不同染料的光电转化效率不同

3.随着染料浸泡时间的增加，染料敏化太阳能电池的开路电压增加，短路电流增加，填充因子先增加后减小，推测原因是因浸泡时间过长而导致染料可利用率出现下滑

六、参考文献

【染料敏化太阳能电池——从理论基础到技术应用】马廷丽 云斯宁 主编

【染料敏化太阳电池】林原 张敬波 王桂强 等编著