染料敏化太阳能电池阳电极研究

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1、染料敏化太阳能电池阳极的最新研究摘要太阳能作为一种可再生的清洁能源，是非常重要的一种能源形势，现在基于太阳能的许多研究都取得了突破性进展，例如光催化，太阳能电池等，在太阳能电池中，染料敏化太阳能电池的研究一直是众多小组的研究热点，本文通过介绍染料敏化太阳能电池，主要分析了不同结构的纳米电极对染料敏化太阳能电池效率的影响，其中比较重要的是纳米颗粒、纳米线、纳米管和三维的复合电极，通过几种不同形貌电极的对比，我们更加清楚的了解染料敏化太阳能电池的研究现状和以后的研究趋势。IIAbstractAstheonekindofre

2、newableenergy,Solarenergyisaveryimportantkindofenergyresource,manystudieshavebeenmadebreakthroughbasedonsolarenergynow,suchaslightcatalysis,solarcells.Asannovelkindofsolar,theDSSChavebeenextensivelyresearchedinallgroup,thisarticleanalyzesthedifferentstructureoft

3、henanoelectrodeofDSSC,whichincludenanoparticles,nanowires,nanotubesand3dcompositeelectrode,throughseveraldifferentshapeelectrodecontrast,wehavebecomemoreclearunderstandingofthepresentandtendencyofDSSC.II目录摘要IAbstractII前言1DSSC电池的结构和基本原理及其研究进展1TiO2电极膜材料21.核壳材料42.纳

4、米线和纳米管53.三维结构的阳电极材料7结论8引文9前言太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源所不可比拟的优点，它取之不尽，用之不竭，而且分布广泛，价格低廉，使用安全，不会对环境构成任何污染，将太阳能转换为电能是利用太阳能的一种重要形式，在过去的十几年中，利用半导体光电化学电池替代常规固态光伏半导体太阳能电池来完成太阳能转换的潜在经济价值日益显现，在众多的半导体材料中，TiO2以其独有的低廉、稳定的特点得到广泛的应用。辐射到地球表面的太阳光中，紫外光占4%，可见光占43%，N型半导体TiO2的带隙为3.2eV，吸收位于

5、紫外区，对可见光的吸收较弱，为了增加对太阳光的利用率，人们把染料吸附在TiO2表面，借助染料对可见光的敏感效应，增加了整个染料敏化太阳能电池对太阳光的吸收率，由此构造了染料敏化太阳能电池-DSSC（dyesensitizedsolarcell）电池，1991年瑞士洛桑高等工业学院的Gratzel教授等在Nature上发表文章，提出了一种新型的以染料敏化TiO2纳米薄膜为光阳极的光伏电池。它是以羧酸联吡啶钌配合物为敏化染料，称为Gratzel型电池[1]，这种电池的出现为光电化学电池的发展带来了革命性的创新。目前，此种电

6、池的效率已稳定在12%左右[2]，而且固体太阳能染料太阳能电池的效率也有很大的提高，Chung等人通过一种新型的固体电解质材料获得了效率在10%以上的全固态染料敏化太阳能电池，并且这种材料非常有前景[3]。在经济效益上，染料敏化太阳能电池制作成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，寿命能达到20年以上，具有广泛的应用价值。DSSC电池的结构和基本原理及其研究进展DSSC是由透明导电玻璃、TiO2多孔纳米膜、敏化染料、电解质溶液以及镀Pt对电极构成的“三明治”式结构电池。光电转换机理如下：（1）太阳光（hν）照射到电池上

7、，基态染料分子吸收太阳光能量被激发，染料分子中的电子受激跃迁到激发态；（2）激发态的电子快速注入到TiO2导带中；（3）电子在TiO29膜中迅速的传输，在导电基片上富集，通过外电路流向对电极；（4）处于氧化态的染料分子与电解质（I3-/I-）溶液中的电子供体发生氧化还原反应而回到基态，染料分子得以再生；（5）在对电极附近，电解质溶液得到电子而还原。现在许多实验室都对染料敏化太阳能电池的研究进行了很大的投入，研究的主要方向主要集中：（1:）在染料敏化太阳能电池阳电极形貌的研究，例如从刚开始的零维材料到一维的纳米管、纳米线

8、材料，到现在的三维复合材料；（2）新型材料的研究，这个主要集中在电解质和染料的研究上，一般常见的染料有水果染料，钌系染料，例如N917，N3，N749,等等，最新研究的卟啉染料更是因为具有较强的光吸收能力而使染料敏化太阳能电池的效率达到了12%以上；另外对电解质的研究，除了刚开始Gratzel型电池使用的I3-/I-氧化还原电解质