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1、第47卷第4期染料与染色Vol147No142010年8月DYESTUFFSANDCOLORATIONAugust2010染料与颜料染料敏化纳米薄膜太阳能电池周娴潘华锦(军械工程学院基础部理化教研室,石家庄050003)摘要:本文综述了近几年来染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究进展。简要介绍了染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理,重点介绍了电池各组成部分的最新研究成果及现状,包括纳米薄膜、电解质体系、染料敏化剂、对电极和上转换发光层。其中,电解质体系部分主要介绍了高分子聚合物凝胶电解质和导电高分子聚合物固态电解质的研究进展。最后讨论了当前研究中存在的问题,并提出了提高电池
2、光电转换效率的设想与对策,对未来的发展方向进行了展望。关键词:染料敏化太阳能电池;光电转换效率;染料敏化剂;电解质中图分类号:TQ619;O631文献标识码:A文章编号:1672-1179(2010)04-09-08随着世界经济的发展与人口的急剧增长,能源、导电玻璃构成。电解质介于阳极和阴极之间,且包含--人口、环境等日益成为未来50年人类亟待解决的重氧化还原对(最常用的是I3/I)。当光照射到被敏[1]大问题。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再化了的纳米晶TiO2薄膜上时,染料分子的电子受激[2]生能源,利用太阳能发电是人类解决能源危机和环跃迁到激发态,自身变为氧化态;
3、不稳定的激发态电境污染的重要途径。已经得到商业化的晶体硅太阳能子快速注入到紧邻的纳米晶TiO2薄膜导带上,瞬间[3]电池,因其制备工艺复杂,材料要求苛刻,成本高在导电玻璃上迅速富集,然后向外电路输送电流;染的缺点,使其应用难以得到普及。1991年,瑞士科料失去的电子很快从电解质中得到补偿;电解质中的[4]学家Gratzel等首次报道了一种染料敏化的纳米薄氧化还原对将空穴传输到对电极,与电子完成一次循膜太阳能电池(Dye2SensitizedSolarCells,DSSC),环。在整个循环过程中,激发态的电子注入到TiO2这种电池与传统的晶体硅太阳能电池相比,有低成薄膜导带是
4、造成电子损失的主要过程,这个过程包括本、环保、制作工艺简单以及高光电转换效率等优注入到TiO2导带中的电子与氧化态染料以及电解质点,近几年来已经成为太阳能电池研究的一个热点。-中I3的复合。有关报道表明,DSSC在AM1.0的条件下,最高能一般用来衡量DSSC性能的指标有:单色光光电量转化效率已达11118%,并具有进一步提高效率和转换效率(IPCE),短路电流密度(jsc)、开路电压[5]降低成本的潜在优势。(VOC)、填充因子(ff)、电池的光电转换效率(η)等。1DSSC的基本原理2纳米晶氧化半导体薄膜用作光阳极的半导体材料有TiO2、ZnO、SnO2、[6]Nb2O
5、5等,研究表明,锐钛矿型TiO2效果最好。图1DSSC原理示意图[1]作为阳极的纳米晶TiO2多孔薄膜是整个DSSC的核DSSC主要由导电玻璃、纳米晶氧化半导体薄膜心,其性能的好坏直接关系到电池的效率。从研究来(通常是纳米晶TiO2薄膜)、光敏染料、电解质和对看,对其性能的影响因素有很多,包括薄膜的制备方电极组成。图1为DSSC的工作原理示意图。在导电法、孔的大小、晶体类型、表面形态以及组成等。为玻璃上制备一层多孔的纳米晶TiO2薄膜,再将染料了提高纳米TiO2多孔膜的光电性能,改性方法主要分子吸附在多孔膜中,这就构成了阳极,它是电池体有表面修饰、离子掺杂、复合其他氧化物薄
6、膜、紫外系的核心部分。阴极(对电极)一般是由沉积铂的光照、微观结构的设计等。2008年,ThitimaRattana2[7]voravipa等使用氧化锌模板通过液态沉淀法将TiO2基金项目:军械工程学院科学基金资助纳米管阵列沉淀到掺杂氟的二氧化锡透明导电玻璃氧作者简介:周娴(1981—),女,讲师,硕士,从事太阳能电池方面的研究。Tel:013831123502,E2mail:zhouxian03@1631com化物上。在制造电池之前,通过对金属氧化物作表面·9·©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.
7、Allrightsreserved.http://www.cnki.netVol147No14染料与染色DYESTUFFSANDCOLORATION第47卷第4期修正以增强电子注入,提高太阳能电池的性能。实验键交联形成的三维空间网络达到了固化液态电解质的表明在AM1.5的太阳光照明下,电池装置的光电转目的,从而形成一种机械性能介于液态电解质与固态化效率为01656%。近几年来,随着纳米技术的发展,电解质之间的凝胶结构,通常称为准固态电解质。这采用各种特殊结构的纳米TiO2薄膜成为了一个研究种结构相对稳定得多,而且通
