染料敏化太阳能电池的手工制作

© 1994 与 的 大 小 就 可 以 比较 凡 和 的 大 小 ,也 就 是 说 ,实 验 中 只 需 要 测 周 期和 高 度 两 个 物 理 量 ,小 球 运 动 的 半 径 不 需 要 再 测 量改 进 之 五 测 个 周 期 的 时 间 。由 于 实 验 的 改 进 ,使 得 小 球 可 以 做 几 十 次 的 匀速 圆 周 运 动 ,这 样 测 出 的 周 期 误 差 要 小 得 多改 进 之 六 准 确 测 出 小 球 运 动 时 的 实 际 高 度。小 球 运 动 时 ,通 过 观 察 经 过 一 个 固 定 点 或、 、 点 的 准 确 位 置 ,当 球 停 止 运 动 后 ,再 把 它 水平 推 到 不 是 拿 到 这 一 点 ,就 可 以 准 确 测 出 使 刻度 尺 垂 直 于 桌 面 同 时 与 小 球 相 切 ,读 出 切 点 处 的 高度 注 意 读 、 时 可 以 不 考 虑 刻 度 尺 的 端 点 是否 有 刻 度 ,因 为 计 算 一 时 ,将 自 动 消 除 前 面 的无 刻 度 部 分 的 影 响 。根 据 笔 者 大 量 的 实 验 ,发 现 有 下 列 规 律 一般 地 说 ,小 球 的 运 动 半 径 越 小 ,相 对 误 差 越 小 ,当小 于 , 时 ,相 对 误 差 一 般 小 于 。 测 时 间时 ,如 果 只 测 个 周 期 或 个 周 期 ,实 验 的 相 对 误差 也 小 于 拓 如 果 只 测 个 周 期 ,实 验 的 相 对 误差 一 般 将 达 多 以 上 。 若 实 验 中 ,小 球 的 运 动 半径 减 小 略 明 显 小 于 ,测 时 只 需 把 刻 度 尺放 在 平 均 半 径 处 既 可 ,实 验 的 相 对 误 差 也 小 于 多 。微 风 对 实 验 影 响 非 常 小 。可 以 看 出 ,改 进 后 的 实 验 是 完 全 可 以 很 好 的 验证 向 心 力 公 式 而 由 于 与 教 材 配 套 的 教 学 参 考 书 中 ,只 要 求 在 小 球 做 圆 周 运 动 手 离 开 后 ,测 至 个 周期 的 时 间 ,再 加 上 测 时 的 估 测 ,实 验 只 能 粗 略 的 验证 公 式另 外 ,笔 者 随 手 用 玻 璃 球 如 跳 棋 子 和 细 线 的一 端 粘 到 一 块 ,把 它 绕 在 细 铁 棒 上 使 悬 点 在 最 下方 做 了 一 个 摆 ,为 了 使 一 般 的 的 刻 度 尺 能 够测 量 ,摆 长 仅 约 ,当 它 的 摆 角 小 一 点 ,做 匀 速 圆周 运 动 时 ,实 验 误 差 一 般 也 小 于 多 由 于 测 量 工具 只 需 要 用 一 般 的 刻 度 尺 如 长 、 端 点 有 无 刻度 都 可 以 、 秒 表 大 多 手 机 上 就 带 有 计 时 功 能 ,使得 学 生 在 家 就 可 以 做 这 个 实 验 ,而 且 通 过 实 验 还 可以 发 现 一 些 问 题 如 澎 一 般 大 于 ,非 常有 利 于 学 生 的 全 面 发 展 ,也 有 利 于 他 们 更 完 整 地 掌握 所 学 知 识 。应 该 说 改 进 后 的 实 验 ,对 丰 富 课 改 后 的 高 中 物理 教 学 活 动 非 常 有 益 。口 口染 料 敏 化 太 阳 能 电 池的 手 工 制 作姚 炯 杭 州 师 范 大 学 物 理 系 浙 江引 言本 文 介 绍 了 植 物 色 素 染 料 敏 化 纳 米 薄 膜太 阳 能 电 池 的 手 工 制 作 步 骤 和 性 能 以 及 太 阳能 电 池 作 为 研 究 性 学 习 的 课 题 意 义 。目 前 主 流 的 太 阳 能 电 池 以 硅 为 固 态 半 导 体 材 料制 作 。 这 种 电 池 利 用 光 电 效 应 原 理 把 光 能 转 变 成 电能 ,相 当 于 一 个 半 导 体 光 电 二 极 管 。 在 硅 制 太 阳 能电 池 中 ,光 电 转 换 效 率 单 晶 硅 约 ,多 晶 硅 约,非 晶 硅 约 。 电 池 的 制 作 工 艺 非 常 复 杂 ,条 件 苛 刻 ,因 此 成 本 很 高 。在 大 自 然 中 ,植 物 的 光 合 作 用 能 够 很 好 的 利 用太 阳 能 ,因 此 模 仿 植 物 光 合 作 用 运 作 机 理 成 为 研 制新 型 太 阳 能 电 池 的 思 路 。 绿 色 植 物 中 的 主 要 光 合 色素 叶 绿 素 存 在 于 植 物 细 胞 内 的 叶绿 体 中 ,它 反 射 绿 光 并 吸 收 红 光 和 蓝 光 ,使 植 物 呈 现绿 色 叶 绿 素 吸 收 光 能 后 使 其 电 子 会 跳 跃 到 高 能级 ,启 动 光 化 学 反 应 ,最 终 把 光 能 转 化 为 植 物 体 内 的化 学 能 。 其 实 ,类 似 于 植 物 的 光 合 作 用 ,部 分 染 料 分子 和 纳 米 半 导 体 氧 化 物 微 粒 在 可 见 光 下 也 会 发 生 敏化 电 子 转 移 效 应 。 科 学 家 们 依 据 这 一 原 理 研 发 出 染料 敏 化 太 阳 能 电 池 一 ,简称 。 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 可 手 工 制 作 ,材 料环 保 无 毒 性 ,且 成 本 很 低 。一 、 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 原 理太 阳 光 透 过 导 电 玻 璃 和 纳 米 二 氧 化 钦 多 孔 膜 ,照 射 到 染 料 分 子 上 见 图。 染 料 中 色 素 吸 收 光子 后 ,电 子 会 跃 迁 到 高 能级 。由 于 敏 化 电 子 转 移效 应 ,电 子 与 电 洞 在 固体 物 理 学 中 ,电 子 空 穴 又称 电 洞 ,是 指 价 带 缺 失 一个 电 子 的 现 象 。 分 离 后 ,注 人 二 氧 化 铁 多 孔 膜 传 导 带 ,从 附 近 的 导 电 层 流 出 ,经 过 外 电 路 流 回 另 一 电 极 。© 1994 ,但 是 导 电 层 用 炭层 涂 布 作 为 阴 极 。 外 电 路 上 电 子 经 由 炭 层 ,最 后 被送 回 电 解 质 与 电 洞 结 合 ,还 原 为 染 料 基 态 ,构 成 完 整的 电 流 回 路 。二 、 植 物 色 素 染 料 敏 化 纳 米 薄 膜 太 阳 能电 池 制 作 流 程染 料 敏 化 认 纳 米 薄 膜 太 阳 能 电 池 所 需 材料 长 方 形 导 电 玻 璃 块 ,纳 米 二 氧 化 钦 粉 末 ,稀 醋酸 ,介 面 活 性 剂 ,植 物 色 素 ,碘 液 。制 作 步 骤、 将 纳 米 二 氧 化 铁 粉 末 加 稀 醋 酸 和 介 面 活 性 研磨 成 近 似 膏 状 的 白 色 胶 体、 用 万 用 表 分 辨 出 导 电 玻 璃 的 导 电 面 ,将 导 电面 用 乙 醇 清 洗 干 净、 将 导 电 面 的 三 个 边 贴 上 胶 带 把 研 磨 完 成 的二 氧 化 钦 胶 体 均 匀 地 涂 在 导 电 面 上、 把 胶 带 撕 去 ,将 涂 好 的 二 氧 化 钦 薄 膜 置 于 烤箱 内 加 热 至 深 棕 色、 加 热 完 成 的 二 氧 化 钦 薄 膜 降 至 室 温 后 放 人 植物 色 系 中 浸 泡 数 小 时 植 物 色 素 以 蓝 紫 色 为 佳 ,因为 这 类 色 素 可 以 吸 收 红 光 。 例 如 覆 盆 子 、 蓝 幕 、 黑梅 等 含 花 青 素 的 植 物 汁 液 都 可 以 作 电 池 的 染 料 。、 另 取 一 片 导 电 玻 璃 将 导 电 面 放 在 蜡 烛 火 焰 上面 熏 烤 ,会 镀 上 一 层 炭 膜 用 棉 签 擦 去 边 缘 炭 层 以 留出 外 电 路 接 点、 将 两 片 制 作 好 的 电 极 用 夹 子 夹 在 一 起 ,夹 缝中 间 滴 人 数 滴 碘 液 ,这 个 电 池 就 开 始 工 作 了 。三 、 植 物 色 素 染 料 敏 化 ,纳 米 薄 膜 太 阳 能电 池 的 一 特 性 曲 线染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 的 输 出 电 压 和 电 流 随 着 光照 强 度 增 加 。粒 电 极 薄 膜 的 研 制 、 染 料 的 合 成 、 电 解 质 的 选 用 和 元件 的 封 装 等 。四 、 太 阳 能 电 池 的 意 义染 料 敏 化 纳 米 薄 膜 太 阳 能 电 池 有 别 于 目前 市 售 的 高 价 位 硅 制 固 态 半 导 体 太 阳 能 电 池 ,是 跨领 域 多 学 科 的 技 术 整 合 ,是 一 种 无 毒 环 保 的 再 生 能源 产 品 。 染 料 敏 化 纳 米 薄 膜 太 阳 能 电 池可 作 为 大 学 一 年 级 和 高 级 中 学 二 、 三 年 级 学 生 的 研究 性 学 习 课 题 。 通 过 简 易 低 成 本 的 制 作 学 习过 程 ,有 助 于 深 人 浅 出 地 认 识 太 阳 能 电 池 科 技 及 其关 键 技 术 ,认 识 到 跨 领 域 学 科 整 合 的 必 要 性 ,并 对 能源 科 技 产 生 浓 厚 兴 趣 。曲 线 运 动 条 件 的 演 示李 一 新 都 昌 县 第 一 中 学 江 西制 作 良 好的 电 池 在 充 足的 阳 光 照 射 下 ,最 多 可 得 到 约的 开 路 输出 电 压 而 短 路输 出 电 流 则 是依 据 染 料 的 光学 与 化 学 性 质短 路 艳 出 电 流夕、 、 、开 路 箱 出 电 压护人 教 版 普 通 高 中 课 程 实 验 教 科 书 物 理 必修 第 六 章 第 一 节 “ 曲 线 运 动 ” 中 ,有 一 个 “ 曲 线 运 动条 件 ” 的 演 示 实 验 ,课 标 中 是 用 一 个 金 属 小 球 和 一 根条 形 磁 铁 来 进 行 的 ,通 过 条 形 磁 铁 对 滚 动 的 小 球 产生 吸 引 力 ,使 小 球 偏 离 原 来 直 线 运 动 的 方 向 作 曲 线运 动 ,从 而 得 出 物 体 做 曲 线 运 动 的 条 件 。 此 实 验 看似 简 单 ,但 在 具 体 实 验 操 作 过 程 中 ,由 于 一 些 因 素 的影 响 ,致 使 实 验 的 演 示 效 果 还 不 是 很 理 想 ,主 要 有 桌 面 讲 台 不 水 平 平 整 ,小 球 运 动 时 会 自 然 偏 向低 处 ,这 样 就 使 得 小 球 在 不 受 磁 铁 的 吸 引 力 时 ,它 的运 动 也 不 能 确 保 是 一 条 较 好 的 直 线 小 球 滚 动 的运 动 方 向 和 速 度 大 小 很 难 控 制 ,致 使 磁 铁 所 放 的 位置 很 难 找 到 一 个 合 适 的 位 置 此 实 验 由 于 是 在 实验 桌 讲 台 上 操 作 的 ,坐 在 后 面 的 绝 大 多 数 学 生 是看 不 见 ,看 不 清 的 ,这 样 ,就 不 能 面 向 全 体 学 生 ,实 验的 可 见 度 不 好 ,这 也 是 此 实 验 最 大 的 不 足 之 处基 于 上 述 原 因 ,笔 者 认 为 可 用 以 下 三 种 实 验 方脚姗哎 椒姗