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1、2009年6月材料开发与应用#81#文章编号:1003-1545(2009)03-0081-05染料敏化TiO2太阳能电池的研究进展冯蕾,程永清,秦华宇,罗东卫(西北工业大学理学院应用化学系,陕西西安710129)摘要:介绍染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的结构及其原理,对影响其光电转换效率的关键因素,如纳米TiO2膜、敏化染料、电解质等做了探讨。同时,对有机太阳能电池所面临的问题进行讨论,并提出今后的研究方向。关键词:TiO2;太阳能电池;染料敏化;纳米薄膜中图分类号:O643.3文献标识码:A能源危机与环境污染是人类在21世纪面临下
2、面就DSCs电池各组成部分的性能特点及工艺的两大挑战,开发和利用可再生绿色能源已成为进行详细介绍。人类社会所面临的重大课题。近几年来,很多国家已投入大量资金从事太阳能电池的研究和开1DSCs电池的基本结构及其工作发工作,用单晶或多晶硅膜制备的太阳能电池其原理最高效率可达20%以上,但成本过高。开发低成本光电活性材料,对充分利用太阳能资源有重染料敏化太阳能电池主要由表面吸附了染要意义,目前ZnO、CdS、CdSe、CdTe、Fe2O3、SnO2、料敏化剂的半导体电极、电解质、对电极组成,其TiO2等许多化合物被用于光电转换。虽然结构如图1
3、所示。CdSe、CdTe等光电池有一定的应用前景,但它们是剧毒物质,容易对环境带来危害。TiO2染料敏化电池(Dye-sensitizedSolarCells,简称DSCs)则彻底摒弃了传统的硅电池工艺,它的最大优势是廉价的成本以及非常简单的制作工艺,因此图1染料敏化太阳能电池结构图有很好的应用前景,其制备与应用研究受到各国TiO2纳米晶薄膜为光阳极,在TiO2多孔薄学术界的重视,并成为化学和材料科学研究的前膜上吸附一层作为光敏剂的染料,对电极可选用沿领域。沉积有一定厚度Pt的导电玻璃,充满两电极间的瑞士M.Gr¾tzel教授领导的研究
4、小组开发的是电解质。若在TiO2表面吸附特性良好的染料染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池掀起了太阳能电光敏化剂,则染料分子在可见光的作用下通过吸池研究的一次热潮。经过十几年的迅速发展,现收光能而跃迁到激发态,由于激发态不稳定,通[1]在DSCs电池的最高转换效率已达11.04%。过染料分子与TiO2表面的相互作用,电子很快大面积DSCs电池也有了较好的成果,荷兰国家能跃迁到较低能级的TiO2导带,进入TiO2导带的源研究所(ECN)制备的大面积DSCs电池其效率电子最终将进入ITO(氧化铟锡)导电膜,然后通22分别达到8.18%(2.5c
5、m)和5.8%(100cm)。过外回路产生光电流。氧化态的染料敏化剂被这些成果为DSCs电池的产业化发展提供了可能。电解质还原,电解质扩散至对电极充电,完成一收稿日期:2008-11-26作者简介:冯蕾,女,1986年生,硕士研究生,主要从事环境材料方面的研究。#82#材料开发与应用2009年6月[2]个循环。具体过程如下:和溶胶凝胶法结合起来效果更佳。也有人结合基态染料(S)+hMy激发态染料(S*)(染醇盐水解反应与丝网印刷工艺制备12Lm厚的[7]料激发)Gr¾tzel纳米薄膜。中科院等离子体研究所采-激发态染料(S*)+TiO2
6、ye(TiO2导带)用大面积丝网印刷技术制备TiO2纳米多孔薄++氧化态染料(S)(光电流产生)膜,然后利用简单浸泡对TiO2纳米薄膜进行染+-氧化态染料(S)+还原态电解质(R)y料敏化,使制作工艺大幅度简化,有利于大面积[8]基态染料(S)+氧化态电解质(R)(染料还原)工业化生产。-氧化态电解质(R)+e(阴极)y还原态电TiO2晶粒大小、形状、相组成或表面修饰以-解质(R)(电解质还原)及其他成分的掺杂对其性质和功能有显著影-[9,10]氧化态电解质(R)+e(TiO2导带)y还原响。制备具有高比表面积和优良电子传输-态电解质(
7、R)(暗电流)性能的纳米半导体材料,是保证电池获得较大电流密度和较高光电转化效率的前提。在氟掺杂2影响DSCs太阳能电池转换效率导电玻璃(FTO)基底上,通过阳极氧化法制备的因素长度360nm的有序纳米TiO2管阵列,光电流密2[11~13]度达到7187mA/cm,光电转化率219%。2.1TiO2纳米多孔膜采用强碱水热法合成TiO2纳米管,并与TiO2纳米TiO2纳米多孔膜具有孔隙率高、比表面积大颗粒混合作为染料敏化太阳能电池电极材料。当纳米管与纳米颗粒按照1B1摩尔比混合时,经过的优点,它是整个太阳能电池的关键,其性能的好坏直接关
8、系到太阳能电池的效率[3,4]。纳米500e烧结1h,转化成锐钛矿晶型,电极对染料的吸-82TiO2薄膜的制备方法很多,包括溶胶凝胶法、水附量达到4.85@10mol/cm,电池的短路光电流密2热反应法、醇
