染料敏化太阳电池的染料敏化剂的研究进展

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1、2009年第11卷第3期巢湖学院学报No⋯3Vo1．11．2009总第96期JoumlofChaohuCollegeGeneralSerialNo．96染料敏化太阳电池的染料敏化剂的研究进展秦国旭t袁希梅z李祥飞，(1巢湖学院化学与材料科学系，安徽巢湖238000)(2安徽省恒锐新技术开发有限责任公司，安徽合肥230088)(3安徽省皖北媒电集团有限公司含山恒泰非金属材料分公司，安徽巢湖238171)摘要：染料敏化太阳电池(DSC电池)利用敏化纳米半导体把太阳能转化为电能，具有价格低、效率高等优点，近年来已引起越来越多研究者的广泛兴趣。本文简要地介绍了DSC电池的组成结构、工作原

2、理，并对染料敏化剂应具备的条件、不同染料敏化剂所取得的研究进展进行了综述。在此基础上，提出了一些值得深入研究的问题。关键词：太阳电池：染料敏化剂：光电转换效率中图分类号：0644．16；TM914．4文献标识码：A文章编号：1672-2868(2009)03-0089--091引言使用固体有机空穴传输代替了液体电解质，单色光自从1839年Becquerel发现CuO或Ago涂转化效率达到33％圈，现在固体有机空穴材料作为在金属电极上产生光效应以来，光电化学研究已有电解质的光电能量转换效率达到4％m，而使用无100多年的历史。当1971年Honda和Fujishima机材料Culn

3、~进行复合后，光电能量转换效率更用rio：电极光电解水，获得了氢气，这才开始了具是了5％6。2005年Gratzel等人以N719有实际意义上的光电化学电池的报道田。自从1991为敏化剂，使光电能量转换效率已达到11．18％翻，年，以瑞士洛桑高等工业学院MichaelGratzel暾授可与非晶硅太阳电池相媲美。韩礼元教授等人唯为首的研究小组采用高比表面积的纳米多孔TiO：2006年以黑色染料为敏化剂也获得了l1．1％的光膜作半导体电极，并选用适当的氧化还原电解质研电能量转换效率。2005年，RobertsonN教授在制出光电能量转换效率为7．1％的染料敏化太阳电Angewandt

4、eChemie上也探讨了染料敏化剂的发池(dye—sensitizedsolarcell，DSQ以来，DsC电池展。由于这种电池具有成本低、制作工艺简单、稳定的发展引起了人们的广泛重视。1993年，Gratzel等性好等优势，引起了全世界的广泛关注。人再次报道了光电能量转换效率达10％的染料敏2DSC电池的组成结构与工作原理化纳米太阳能电池翻，1997年其转换效率达到了2．1组成结构10％一1l％，短路电流为18mA／cm~，开路电压为传统的非晶膜液体太阳能电池的工作电极720mV~。1998年又进一步研制出固态DSC电池，主要由半导体材料组成，工作电极同时要具有吸收稿日期：20

5、08-08-28基金项目：巢湖学院重点资助项~(XLZ-200801)。作者简介：秦国旭(1982-)，女。研究方向洧机电合成、光电化学、纳米材料的应用研究。89收光能和传导光生载流子两个功能，因而不可避料的基态和激发态；I-氧化还原电解质免地存在工作电极易被光腐蚀或损失大量可见3染料敏化剂的应具备的条件光的弱点，所以能量转换效率很低。而在传统敏染料敏化剂是DSC电池的关键部分，它的化太阳能电池中，普遍采用的都是致密的半代替性能优劣将直接影响NPC电池的光电转换效薄膜，只能在膜表面上吸附单层染料，而单层染率，因此，DSC电池对染料的要求非常严格，一种料吸收的太阳光很有限，多层染料

6、又阻碍了电子理想的敏化剂应该满足以下条伴，03：的运输，因而光电转换效率也很低。与它们不同(1)能紧密吸附在纳米半导体表面。即能快的是，DSC电池以纳米晶半导体多孑L膜为光阳速达到吸附平衡，且不易脱落。染料分子母体中，极，其表面的粗糙度使得整个半导体膜成海绵一般应含有易与纳米半导体表面结合的基团，如状，具有很大的表面积，能够吸附更多染料单分一COOH、一SO。H、一PO。H：。研究【17l表明(以羧酸联吡子层。这样既克服了原来太阳能电池中只能吸附啶钌染料为例)，染料上的羧基与TiO膜上的羟单分子层而吸收少量太阳光的缺点，又增强了太基结合生成了酯，从而增强了TiO导带3d轨道阳光被

7、染料的吸收，从而产生更大的光电流【l2】。和染料竹轨道电子的耦合，使电子转移更为容DSC电池主要由透明导电基片f即镀有透明易；导电膜的导电玻璃)、纳米结构半导体多孔膜、敏(2)对可见光具有很好的吸收特性。即能吸化剂、电解质溶液和透明对电极组成。以纳米收大部分或者全部的入射光，另外其吸收光谱又TiO太阳能电池为例，图1为其结构示意图【。能与太阳能光谱很好的匹配；(3)其氧化态和激发态要有较高的稳定性和活性；(4)激发态寿命足够长，且具有很高的电荷传输效率；(5)具有足够负的激发态氧