1. 论文选题的目的和意义

随着社会的发展，人们对于能源的需求越来越多，而在诸多的电池中，太阳能电池本就具有普遍，无污染，产量大且可用长久的优点，而这次研究对象就是一种太阳能电池--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能电池。染料敏化太阳能电池是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能。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。

虽然染料敏化太阳能电池作为新型太阳能电池，凭借着结构简单，原材料丰富,价格低廉等优点备受关注,而使用温度过高对其效率等造成一定的影响，所以预测并控制染料敏化太阳能电池的工作温度非常重要。为保证其有效的工作效率，以及延长其使用寿命，电池的冷却是至关重要的。

本课题基于其工作原理分析电池热效应过程，建立数学模型，研究电池温度分布和变化情况，并探索在单块电池下表面增加不同肋片结构的冷却效果。

2. 国内外关于该论题的研究现状

作为一个有前途的能解决能源枯竭，环境污染以及生态破坏的设备，染料敏化太阳能电池吸引了越来越多的目光，这是目前研究的比较新型的太阳能电池，其原理相当于自然界中的植物光合作用，来进行光电的转换，具有很多的优点，已成为世界各国科学家的研究对象。

染料敏化电池是由以下各部分构成:涂有导电氧化物层的透明玻璃作为基底，即导电玻璃，导电玻璃上镀有多孔介质材料的二氧化钛薄膜，结合在多孔薄膜上的染料敏化剂，含有有机溶剂及影响染料分子再生的氧化还原对的电解质、将碳膜镀在钛板上用来收集电子的对电极，其中二氧化钛薄膜和染料敏化剂构成了电池的光阳极。

染料敏化太阳能电池在太阳下照射，通过吸附在二氧化钛薄膜上的染料分子吸收太阳光后，其能量增加，激发出电子，由于激发出来的电子要发生能级跃迁，就通过二氧化钛的导带进入到导线中，之后通过回路运送到对电极。而失去电子成为氧化态的染料分子以及回到对电极的电子将与电解质中的氧化还原对发生氧化还原反应，这样完成一个循环，从而实现光能转换成电能的过程。

从瑞士的Gratzal教授的研究小组首次发现该电池到现在二十多年的时间里，其光电转化效率已经达到了13%，但实际上影响其效率仍存在着很多的因素，例如温度过高就是很直接的影响。

根据工作的环境的不同，染料敏化太阳能电池（DSSC）的温度范围分布于 0 到 100℃之间，Petterson研究了在室内的条件下，工作条件温度对 DSSC 长期稳定性的影响，得出了在50℃之下，电池的性能没有被受到影响，而当其温度达到了 50℃之上的时候，电池开始退化，主要是由于开路电压减小了；Sebastian 也同样研究了 DSSC类似的温度性能影响。并且实验的结果显示，如果电池的储蓄温度达到了 85℃，将会直接导致其转换效率，但是当温度降低了之后，受到光照的这个 DSSC 又回到了之前的效率，这个过程伴随着温度的变化而可逆，同时长时间介绍太阳光的全照射会使温度逐渐升高，温度的过高对其性能的退化有影响。

对于该电池的热效应分析可用建模进行帮助，首先，对染料敏化太阳能电池的工作原理进行了热效应的分析，得出使其温度升高的热源，并对其建立了数学模型以及理论方程； 其次，利用仿真软件对模型进行模拟计算，得出在一定条件下的染料敏化太阳能电池的温度变化情况，同时根据实验的结果来对模拟的结果进行验证，为以后的模型的利用提供了帮助； 第三，对染料敏化太阳能电池温度变化情况进行了分析，可以得出：染料敏化太阳能电池的温度场和其所处的外部环境温度、换热系数、太阳辐照强度以及电池的初始温度均有关系，对其影响因素进行模拟，得到了各个因素影响下的电池温度场的变化情况； 第四，对影响因素的模拟结果进行分析研究，可以得到染料敏化太阳能电池的温度在不同的情况下所受的影响因素不同，使用正交试验对其进行模拟计算，根据p 定理可以得到不同情况下电池温度和影响因素之间的公式； 第五，利用 fluent 软件对电池进行全天的电池进行模拟，得到温度变化，并与公式进行对比分析； 最后，染料敏化太阳能电池的温度过高，限制了其光电转化效率和寿命，因此，冷却结构的设计至关重要，本文设计并研究了几种不同形状的冷却结构，模拟分析得出温度的变化情况，为实际的冷却选择提供了有力的依据。