太阳能电池论文

染料敏化纳米晶体太阳能电池

染料敏化太阳能电池是近年发转起来的一种非常有发展前途的第三代太阳能电池，由瑞士的Gratzel教授领导的研究小组首次提出，基于自然界中的光合作用原理。目前电池效率较低。目前DSSCs的光电转化效率已能稳定在10%以上，寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的10%～20%。它的出现为利用太阳能提供了一条新的途径。

敏化电池结构:染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）主要包括镀有透明导电膜的玻璃基体，染料敏化的半导体材料，对电极以及电解质等几部分。

电池工作原理：当太阳光照射到电池上，基态染料分子吸收太阳光能量，其中的电子受到激发跃迁到激发态，染料分子因失去电子变成氧化态，激发电子快速注入到TiO2导带中，注入到导带中的电子在TiO2中的传输非常迅速，可以瞬间到达膜与导电玻璃的接触面，并在导电基片上富集，通过外电路流向对电极，与此同时，处于氧化态的染料分子由于电解质中的电子供体提供电子而回到基态，染料分子得以再生，电解质中的电子供体在提供电子以后扩撒到对电极，得到电子而还原，从而，完成一个光化学反应的循环，也使电池各组分都回到初始状态。

在电池中起到接受电子和传输电子作用的纳米半导体材料，必须要有足够大的比表面积，从而能吸附大量的敏化剂，电子在薄膜中要有较快的传输速度，从而要减少膜中电子和电解质受主的复合。多孔薄膜吸附敏化剂的方式必须保证电子有效的注入薄膜的导带。金属硫化物，金属锡化物，钙钛矿以及钛，锌，锡，锶，铁等的氧化物均可用作DSSCs中的半导体，在这些半导体材料中TiO2，ZnO性能较好。纳米TiO2薄膜材料可以用溶胶凝胶法，水热反应法，醇盐水解法，丝网印刷等方法制备。

自1991年DSSCs诞生以来，经过20年的发展，光敏染料的研究获得了令人鼓舞的成绩，敏化剂要能够吸收尽可能多的太阳光，紧密吸附在纳米晶格网络的电极表面，与其相应的纳米晶体的能带相匹配，激发态寿命足够长，具有长期的稳定性。主要有三大类，1.纯有机染料：香豆素，酞菁和半花菁等2.天然染料：从绿叶中提取的叶绿素，从植物的花中提取的花青素3.无机染料：硫化铅，砷化铅等。有机染料的制备简单，成本低，光谱吸收易调控等优点，现在公认的使用效果较好的N3制备过程较复杂，因而价格也比较昂贵，因此找到低成本而性能良好的染料成为当前研究的一个热点。

液态电解质存在很多缺点，溶剂容易挥发，会导致敏化染料的脱附，密封工艺复杂，载流子移动速度很慢，在高强度光照时不稳定，存在其他的氧化还原反应，，所以为了达到商业化的目的，溶液电解质要逐步被固体电解质取代，以提高稳定性和使用寿命。

染料敏化纳米晶体太阳能电池是一类非常清洁的太阳能转换装置，虽然其转化效率和稳定性仍然未达到商业化应用水平，但由于它具有结构，工艺简单，成本低廉，易于制造的优点，是最具有应用前景的太阳能电池之一，对它的研究将有利于缓解当今的世界能源危机问题。

参考文献：

［1］ 曾东望，新型有机燃料的设计及染料敏化太阳能的应用.［D］中南大学，2010年

［2］ ［3］ ［4］ ［5］

唐笑，染料敏化电池的光电极制备技术，材料导报，2006年03期

韩宏伟，染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜太阳能电池研究［D］武汉大学，2005年 吕笑梅，敏化二氧化钛纳米晶太阳能电池［J］功能材料，1998年

胡云飞，徐刚，二氧化钛纳米染料敏化电池动态研究［J］材料科学与工程报，2006年03期

［6］ Hagfeldtt A,Gratzel M Light-induced redox reactions in nanocrystalline systems［J］Chem

Rev,2000(403):363~365