随着工业和社会的快速发展,人类对化石能源的需求量日益增加。化石能源系不可再生能源,大量的开采利用,必将导致天然能源的枯竭,威胁着人类的生存。太阳电池作为一种将太阳能转化成电能的有效器件,日益受到人们的重视,降低太阳电池成本,提高电池转化效率,增强电池稳定性已成为太阳电池研究领域的主题。本文针对传统染料敏化太阳电池(DSSCs)中光捕获效率低,电子在TiO2半导体薄膜内传输速率慢等问题,以改进染料敏化电池的光阳极为目的,采用大紫蝶的蝶翅作为生物模板,通过磁控溅射TiO2的方法制备了光子晶体,并应用于电池的光阳极中。有效解决了电池内部的散射问题,提高了电池的转化效率。具体内容:(1)我们利用大紫蛱蝶和蚊蛱蝶的翅膀作为生物模板,采用磁控溅射金属钛的方法,得到具有精细分级纳米结构的二氧化钛光子晶体。该晶体复制了生物体上亿年进化的结构信息,对光子有着极强的调控作用。(2)将制备的二氧化钛光子晶体应用于染料敏化太阳能电池光阳极的P25层(标记为Butterfly-P25),作为染料敏化太阳能电池的光散射层,得到8.7%的光电转换效率,较之传统的基于P25电池,该光电转换效率有明显提高。(3)研究了Butterfly-P25DSSCs较低的界面传输阻抗、电子迁移时间及较长的电子寿命、电子扩散系数、电子扩散长度及电荷收集效率,对于进一步提高电池效率有一定的理论意义。(4)根据太阳能电池的输出特性及DC-DC电压转换电路的工作原理,设计了基于DSSCs太阳能控制器的硬件电路,并设计了相应的软件程序,实现了太阳能电池最大功率输出,有效提高了能源利用率。