染料敏化太阳能电池的研究进展_吴晓宏
染料敏化太阳能电池的研究进展
►2
.敏化染料的研究进展
► 敏化染料在DSSC
中起着吸收可见光并提供电子 的作用，是电池的关键组成部分。高性能的敏化 染料首先要能够很好的吸附在半导体表面，其次 敏化染料的禁带宽度需要比半导体薄膜的禁带宽 度窄，并且其氧化态电位要比半导体的导带电位 低，其还原态电位要比氧化还原电解质的电位高。 敏化染料研究的工作重点有两个方面，一是合成 和发展光谱响应范围更宽、成本更低、效率更高、 稳定性更好的染料敏化剂；二是研究多种染料的 协同敏化作用，拓宽光谱响应范围。
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图1 染料敏化太阳能电池的结构与工作 原理示意图
►2
.工作原理
► 当太阳光照射在染料敏化太阳能电池上，染料
分子中基态电子被激发，激发态染料分子将电 子注入到纳米多孔半导体的导带中，注入到导 带中的电子迅速富集到导电玻璃面上，传向外 电路，并最终回到对电极上。而由于染料的氧 化还原电位高于氧化还原电解质电对的电位， 这时处于氧化态的染料分子随即被还原态的电 解质还原。然后氧化态的电解质扩散到对电极 上得到电子再生，如此循环，即产生电流。电 池的最大电压由氧化物半导体的费米能级和氧 化还原电解质电对的电位决定。
► 2.1
►
单一敏化染料的研究进展
敏化染料按其结构中有无金属离子或原子分 为无机染料和有机染料两大类。无机染料主 要是指金属有机络合物，包括钌基多吡啶络 合物、金属卟啉、金属酞菁、吲哚以及无机 量子点染料；有机染料包括两大类，即天然 染料和人工合成染料。无机染料中研究比较 多的是钌系多吡啶配合物，早在1993 年， Gratzel 小组设计合成了N3 染料（如图2）， N3 染料两个联吡啶环上的羧基与半导体氧 化物形成电子耦合，增加了电子的注入效率， 在AM1.5 太阳光照射下，短路电流17 mA/cm2，开路电压0.72 V，相应的η达到 10% 。然而N3 染料在可见光谱的红光区域 没有吸收，针对这一问题，该小组在2001 年设计了一种全吸收染料，称作“黑染料”， 配体是三联吡啶，共轭体系增大，且引入羧 酸基团提高了染料的摩尔消光系数，得到的 入射单色光子-电子转化效率（IPCE）达 80%，短路电流和开路电压分别为20.5 mA/cm2 和0.72 V，相应η为10.4%[31]。 1999 年报道的染料N719 是N3 的2个四丁基 铵盐，四丁基铵基团可以有效地抑制暗电流， 得到的能量转换效率η 高达11%。
染料敏化太阳能电池的进展综述
染料敏化太阳能电池的进展综述王若瑜（北京清华大学化学系100084 ）【摘要】由于染料敏化太阳能电池具有优良的稳固性和高转换效率，它具有极大的应用前景。
本文就染料敏化太阳能电池的原理、齐电池组成结构的优化等，对国内外学者的研究工作做以综述评论。
【关键词】太阳能染料敏化电极TiO?薄膜在能源危机日趋加深的今天，由于化石能源的不可再生：氢能利用中的储氢材料问题仍然没有解决：风能、核能利用难以大而积推行；太阳能作为另一种可再生淸洁能源足以引发人们的重视。
利用太阳能，已是各相关学科一个很重要的方向。
1991年之前，人们对太阳能的利用停留在利用半导体硅材料太阳能电池【1】上，这种太阳能电池虽然已经达到了超过15%的转化效率，可是它的光电转化机理要求材料达到髙纯度且无晶体缺点，再加上硅的生产价钱居高，这种电池在生产应用上碰到了阻力。
1991年，瑞士的GFtzcl教授小组做出了染料敏化太阳能电池【2】，他们的电池基于光合作用原理，以拔酸联毗唳钉配合物为敏化染料，以二氧化钛纳米薄膜为电极，利用二氧化钛材料的宽禁带特点，使得吸收太阳光激发电子的区域和传递电荷的区域分开，从而取得了％的髙光电转换效率【3】，这种电池目前达到最高的转换效率是% （6L由于这种电池工艺简单，本钱低廉（约为硅电池的1/5-1/10） [4],而且可选用柔质基材而使得应用范用更广，最重要的是，它具有稳固的性质，有髙光电转换效率，这无疑给太阳能电池的进展带来了庞大的变革【9】。
正因为染料敏化电池的上述长处，许多学者就它的机理、各个组成部份的优化等相关内容作了一系列实验，这篇论文将就这些方面做以综述简介，并加以分析和评论。
2, 染料敏化太阳能电池工作原理染料敏化太阳能电池的选材TiO?材料具有稳固的性质，且廉价易想，是理想的工业材料。
由于它的禁带宽度是，超过了可见光的能量范围（~）,所以需要用光敏材料对其进行修饰。
其中的染料敏化剂指多由钉（Ri「）和娥（Os）等过渡金属与多联毗咙形成的配合物；实验证明，只有吸附在TiO? 表面的单层染料分子才有有效的敏化作用【3】，所以人们往往采用多孔纳米TiO?薄膜，利用其大的比表而积吸附更多染料分子，利用太阳光在粗糙表面内的多次反射从而被染料分子反复吸收提高电池效率：电解质随染料的不同而有不同的选择，总的来讲，以含1% -离子对的固态或液态电解质为主。
染料敏化太阳能电池的研究进展
染料敏化太阳能电池的研究进展近年来，太阳能电池技术的快速发展受到了全球范围内的高度关注。
其中，染料敏化太阳能电池（DSSC）作为第三代太阳能电池的一种重要代表，日益成为研究的热点。
本文将围绕染料敏化太阳能电池的研究进展展开讨论。
一、DSSC简介染料敏化太阳能电池，简称DSSC，是一种新型的太阳能电池。
其核心结构由一个透明的电极、一层敏化染料、电解质、和另一层电极组成。
DSSC的工作原理是，敏化染料吸收太阳光，并将光子能量转化为电子激发，并将电子注入电解质，而电极则是将电子收集回路。
二、DSSC研究进展DSSC的研究尚处于起步阶段，但是在不断的研究中，取得了重大的进展。
其中，核心技术包括敏化染料的合成、电解质的研究以及电极的制备等等。
1、敏化染料的研究DSSC的关键是敏化染料，而敏化染料的优良性能能否得到提升，直接影响到DSSC的光电转化效率。
国内外许多科研团队一直致力于研究高效的敏化染料，以提升DSSC的性能。
目前常用的染料主要分为三类：有机染料，无机染料和有机-无机复合材料。
有机染料的优点在于合成容易，但是由于其分子就有限，所以其光电转化效率较低；而无机染料则具有电荷转移能力，所以比有机染料效果更好，但制备难度大。
有机-无机复合材料则是两者的结合体，他们同时兼具两者的优点，具有化学稳定性更好，电荷重组率更低的优点。
2、电解质的研究电解质是DSSC的核心组件之一，主要负责接受敏化染料中电子的传递，并在电极之间建立起电荷传输通道。
近年来，研究人员把注意力放在了材料的稳定性上，常常考虑电解质性能的提高、电池运行的寿命以及修改剂的使用等问题。
常见的电解液有液态电解质和固态电解质两种。
固态电解质利用其良好的耐高温性、高电导率和良好的化学稳定性，使得DSSC 的性能得到了大幅度提升。
同时，DSSC固态电解质也能降低DSSC不可避免的电化学反应过程中对阻抗的影响，增强染料敏化太阳能电池的稳定性。
3、电极的研究电极是DSSC中的另一个最为重要的组成部分，其性能主要影响到DSSC的光电转换效率。
染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势
染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池，其性能不仅可以与传统的硅太阳能电池相媲美，而且具有制造成本低、工艺简单、颜色可控等优点，在可再生能源领域具有广泛的应用前景。
该文将从DSSC的基本原理、研究进展及发展趋势三个方面进行分析。
一、DSSC的基本原理DSSC是一种基于电荷转移机制的太阳能电池，其组成由导电玻璃/氧化物电极、染料敏化剂、电解质以及对电子收集和传输的层等组件构成。
当太阳光照射到电极上的染料敏化剂时，其分子吸收太阳光能并将其转化成电能，产生电子-空穴对。
电解质负责将产生的电子传递到导电玻璃/氧化物电极上，从而实现电荷的分离和传输。
对电子收集和传输的层则负责将电子从导电玻璃/氧化物电极转移到电池外部，实现电能的输出。
二、DSSC的研究进展近年来，DSSC研究领域一直处于快速发展阶段，涉及到染料敏化剂、电解质、对电子收集和传输的层等方面的研究。
其中，染料敏化剂的设计和合成是DSSC研究中的关键问题之一。
早期的染料敏化剂是基于天然染料的，但其吸光光谱窄、稳定性较差等问题限制了其应用。
近年来，人们借鉴复杂有机分子或金属有机框架材料等方法，逐渐开发出吸光光谱宽、光稳定性好的新型染料敏化剂，如卟吩骨架材料、钴金属染料等。
另外，电解质的研究也取得了长足的进展。
传统的电解质为液态电解质，但其稳定性较差、易挥发等问题限制其应用。
因此，人们逐渐开发出了固态电解质、有机-无机混合电解质等替代电解质，并取得了良好的效果。
三、DSSC的发展趋势未来，DSSC的研究方向将主要集中在提高其效能和稳定性以及降低制造成本等方面。
首先，提高效能将是DSSC研究的主要方向之一。
研究人员可以通过改变电极、染料敏化剂等方面，进一步提高DSSC的光电转化效率。
特别是在染料敏化剂方面，新型高效染料敏化剂的研发将提升DSSC的效能。
其次，提高稳定性也是DSSC研究的重要方向之一。
目前，DSSC在长时间运作中会出现染料流失、电解质分解、对电子收集和传输的层老化等问题，必须寻求有效的解决方法。
染料敏化太阳能电池的研究现状及其应用前景
染料敏化太阳能电池的研究现状及其应用前景染料敏化太阳能电池是一种新型的光电转换器件，其优点在于价格低廉、制备简单、可塑性强、光电转换效率高等。
目前，染料敏化太阳能电池的研究已经取得了一些进展，并得到了广泛的关注和应用。
本文将从染料敏化太阳能电池的原理、研究现状和应用前景等方面进行论述。
一、染料敏化太阳能电池的原理染料敏化太阳能电池的核心部件是一种染料分子，在阳光的照射下能够吸收光能，并将其转化为电能。
染料分子一般由两部分构成，即染料分子和电子受体。
染料分子吸收光能后，电子便被激发到受体的导带上，而染料分子中的空穴则被氧化剂捕获，在某些电解液中，电子和空穴便可以沿着电解液中的导电链传输，最终到达电极表面，从而产生电流。
二、染料敏化太阳能电池的研究现状染料敏化太阳能电池的研究始于90年代初期，并在近年来得到了广泛的发展和研究。
目前，重要的染料敏化太阳能电池有三种类型，即液态染料敏化太阳能电池、固态染料敏化太阳能电池和有机-无机钙钛矿太阳能电池。
其中，液态染料敏化太阳能电池是第一代染料敏化太阳能电池，具有可调谐能谱、制备容易等优点，但其使用寿命较短、稳定性差等缺点限制了其应用前景。
相比之下，固态染料敏化太阳能电池具有良好的光电性能和较好的稳定性，但其制备和性能调整难度大，仍存在需要优化的地方。
而有机-无机钙钛矿太阳能电池则被认为是最为重要的染料敏化太阳能电池之一，其光电转换效率高、稳定性好、制备简单等优点，使其在未来的能源领域中展现出良好的应用前景。
三、染料敏化太阳能电池的应用前景染料敏化太阳能电池在未来的应用前景广阔，其中最具有潜力的是其在建筑、车辆和电子设备等领域的应用。
在建筑领域中，染料敏化太阳能电池可以被直接塑造成为可替代建筑外墙、天窗等元素，使得建筑具有更好的一体化和更加环保的特点。
在车辆领域中，染料敏化太阳能电池可以利用随处可见的太阳能将车辆电池充电，使得车辆具有更加绿色和高效的特点。
而在电子设备领域中，染料敏化太阳能电池可以大大增加电子设备续航能力，使得电子设备具有更加灵活和无线的特点。
染料敏化太阳能电池的进展研究
染料敏化太阳能电池的进展研究染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs）是一种第三代太阳能电池技术。
它通过将染料敏化电子传输物质（纳米晶钛酸盐）涂覆在导电玻璃上，再将电解质涂覆在钛酸盐上，形成一个光敏层。
光在光敏层中被吸收，并激发电子，电子通过导电玻璃传输到负载。
染料敏化太阳能电池具有低成本、高效率、透明度高、制备工艺简单等优点，因此受到了广泛关注。
随着对染料敏化太阳能电池的研究深入，研究者们采用不同的方法和材料，不断提高其效率和稳定性。
例如，研究者使用无机半导体材料如TiO2、ZnO等作为电子传输材料，通过控制其晶粒尺寸和结构以提高电子传输效率。
同时，改进染料分子的设计和合成，可以增加染料的光吸收范围和光电转换效率。
在电解质方面，研究者已经替代了常用的有机电解质，如碘/碘离子电解液，使用无机电解质如柠檬酸锂盐电解液，提高了电池的稳定性和长期使用寿命。
此外，染料敏化太阳能电池的反应速度也是关注的焦点之一、使用催化剂如Pt、Ru等可以提高反应速度和光电转换效率。
另一个改进的方向是采用二维材料或金属有机框架（MOF）作为电子传输材料。
例如，石墨烯、二硫化钼等材料具有高导电性和光吸收能力，可以提高电子传输效率和光电转换效率。
MOF具有结构可调性和多孔性，可以通过调整结构和组分来提高电池的稳定性和性能。
此外，染料敏化太阳能电池的透明度也是研究的重点之一、目前，研究者们已经开发出透明的电解质和导电材料，可以用于制备透明的染料敏化太阳能电池，为建筑一体化光伏应用提供了可能。
最后，染料敏化太阳能电池的商业化应用仍面临一些挑战。
首先，其稳定性和寿命需要进一步提高。
其次，生产成本仍然较高，需要降低制造成本来提高竞争力。
最后，其能量转换效率仍然有待提高，以满足实际应用的需求。
综上所述，染料敏化太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术，在效率、成本和特性方面具有优势。
不断的研究和改进使得其效率和稳定性得到了显著提高，为其商业化应用提供了可能。
染料敏化太阳能电池的研究与应用
染料敏化太阳能电池的研究与应用染料敏化太阳能电池，又称为Grätzel电池，是一种新型的太阳能电池，它采用了新型的敏化物质，能够将太阳能转化成电能，并且具有透明、柔性、低成本等优点。
近年来，染料敏化太阳能电池在绿色能源领域受到了广泛关注和研究。
本文将从染料敏化太阳能电池的原理、研究进展和应用前景三个方面进行探讨。
一、染料敏化太阳能电池的原理染料敏化太阳能电池是一种基于光电化学原理的能量转化装置。
它将太阳辐射吸收并转化为电能，使之成为一种更加可用的能源形式。
该电池的基本结构由透明导电玻璃、染料敏化剂、电解质、对电极和光敏电极组成。
其中，染料敏化剂是关键的能量转化介质，其作用是：吸收太阳光，在激发状态下电子跃迁至导电材料上，从而形成电荷的分离和运输。
电解液则提供了离子的传输通道，以维持电荷平衡。
光敏电极和对电极分别接受电荷，建立电势差，形成电流。
并且，由于特殊的电极材料和导电液体，这种电池可以向两个方向输出电流，进而光伏效率得到提高。
二、染料敏化太阳能电池的研究进展染料敏化太阳能电池由于其结构简单、成本低廉、灵活透明等优点受到了广泛关注。
自1972年O'Regan和Grätzel教授首次提出Grätzel电池后，研究者们对它的改进和优化不断进行，目前已经取得了较为丰富的研究成果：1、液态电解质Grätzel电池。
1985年，Tennakone等人利用溶于有机溶剂中的银离子/亚铁氰酸盐作为电解质，制备出稳定的液态Grätzel电池。
分别于对电极和光敏电极上采用铂和钾硝酸，其效率可达到5.2%。
2、固态电解质Grätzel电池。
为了克服液态电解质Grätzel电池中电解液泄漏的问题，研究者们又发展出了固态电解质Grätzel电池。
2000年，Zakeeruddin等人在TiO2纳米晶膜上涂覆了含PbI2等离子体和2,2',7,7'-四-(甲基丙烯酸乙酯)氧合物作为电解质的Grätzel电池，其效率高达7.2%。
染料敏化太阳能电池的研究与发展现状
染料敏化太阳能电池的研究与发展现状染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能转换技术，具有低成本、高效率和环保的特点，因此受到了广泛的关注和研究。
在过去的几十年里，DSSC的研究和发展取得了一些重要的进展，但仍然面临着一些挑战和障碍。
本文将对DSSC的研究现状进行综述，并探讨其未来的发展方向和前景。
首先，我们来看一下DSSC的基本原理和结构。
DSSC是一种以染料为光敏剂的太阳能电池，其工作原理类似于光合作用。
其基本结构包括纳米结构的二氧化钛（TiO2）电子传输层、染料敏化层、电解质和对电子传输的透明导电玻璃。
当阳光照射到DSSC上时，染料吸收光子并转化为电子-空穴对，电子被注入TiO2电子传输层，从而产生电流。
这种结构简单、制造成本低，因此受到了人们的青睐。
在DSSC的研究领域，染料的选择和设计是一个至关重要的方面。
传统的染料敏化太阳能电池所使用的染料主要是有机染料，但它们在光稳定性和光吸收范围方面存在着一些不足。
因此，近年来研究人员开始尝试使用无机染料和有机-无机杂化染料来提高DSSC的光电转换效率和稳定性。
同时，一些新型的染料敏化剂，如钙钛矿材料，也被引入到DSSC中，取得了较好的效果。
这些新型染料的研究为提高DSSC 的光电转换效率提供了新的途径。
除了染料的选择，DSSC的电解质也是一个关键的研究领域。
传统DSSC所使用的电解质是有机溶液，但它们在高温和长时间照射下会发生不稳定和蒸发的问题。
为了解决这一问题，研究人员开始尝试使用固态电解质来代替传统的有机溶液。
固态电解质不仅能够提高DSSC的稳定性，还可以减小DSSC的封装成本和提高其安全性。
因此，固态电解质被认为是DSSC未来发展的一个重要方向。
此外，DSSC的光电转换效率也是一个备受关注的问题。
目前，DSSC的光电转换效率已经超过了10%，但与硅基太阳能电池相比仍有一定差距。
为了进一步提高DSSC的光电转换效率，研究人员正在探索一些新的技术和方法，如表面修饰、光学结构优化和光伏材料的组合应用等。
染料敏化太阳能电池的研究现状
染料敏化太阳能电池的研究现状随着环境保护意识的增强和化石能源日益短缺，太阳能作为可再生、清洁的能源资源备受重视。
太阳能电池是太阳能应用的重要形式之一，其中染料敏化太阳能电池被认为是第三代太阳能电池的重要组成部分。
本文将对染料敏化太阳能电池的研究现状进行探讨，以期加深对这一领域的了解。
一、染料敏化太阳能电池的概念和原理染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种基于液态电解质中的染料分子吸收太阳光子形成电荷对，经过染料敏化的半导体电极和电解质之间的电子传递和离子传输，最终在另一个半导体电极上得到电流输出的太阳能电池。
DSSC的主要部件包括有机染料、TiO2半导体电极、电解质和另一半导体电极。
有机染料稳定、可选性强、成本低廉，具有较高的光吸收率和光电转换效率，是DSSC的重要组成部分。
TiO2半导体电极结构独特，可以增强染料分子的光吸收效果和电子传输效率。
电解质主要负责在DSSC中充当电子和离子传输载体。
另一个半导体电极通过形成电荷输运通道将电子传递到外部电路中，产生电能输出。
二、DSSC的研究发展现状DSSC在被提出后，一系列的研究就开始展开。
迄今为止，DSSC的研究只能算是处于萌芽状态，离实用化还有较大的距离。
1. 染料分子的研究染料分子在DSSC中起到了至关重要的作用。
研究人员不断尝试优化染料分子的结构和性能，增强其在DSSC中的光吸收效果和光电转换效率。
同时，对于染料分子的稳定性、耐光性、光伏效率等性能也进行了深入探究。
2. TiO2半导体电极的研究作为DSSC中的关键组成部分之一，TiO2半导体电极也受到了广泛的研究。
研究者通过改变TiO2电极的结构、粒径、形貌和掺杂等手段，提高其在DSSC中的性能表现。
值得一提的是，许多研究也关注了TiO2电极与染料分子之间的相互作用，研究TiO2电极表面的结构和染料分子的吸附、还原和电子转移等过程。
3. 电解质的研究电解质在DSSC中具有极其重要的作用。
它不仅介导染料分子和TiO2电极之间的电子和离子传输，还直接影响着DSSC的性能表现。
新型染料敏化太阳能电池的研究进展及应用前景
新型染料敏化太阳能电池的研究进展及应用前景近些年来，新型太阳能电池技术日益得到重视，其应用在环保、节能等领域也越来越广泛。
其中，新型染料敏化太阳能电池成为了热门研究方向之一。
本文将重点介绍新型染料敏化太阳能电池在研究上的进展以及其应用前景。
一、新型染料敏化太阳能电池的发展历程染料敏化太阳能电池（DSC）最早提出于1991年由瑞士联邦理工学院的O'Regan和Graetzel所发明。
DSC技术使用染料吸收阳光中的光子，将其转化为电子，形成阳极和阴极，产生电流。
DSC的优势在于其材料成本低、生产成本低、高效率、可定制化等因素，因此备受人们关注。
DSC最初的染料是对苯二酚，但是受到光稳定性和可再生能力的限制，使DSC还无法完全实现商业化。
因此，寻找新型染料敏化太阳能电池材料成为了研究者们的主要方向。
随着时间的推移，新型染料敏化太阳能电池的发展取得了很大的进展。
一些新的染料被发现，例如卤素染料、荧光染料和钙钛矿染料，使DSC的光电转换效率得到了提高。
二、现有新型染料敏化太阳能电池的优势和研究进展1、高效率新型染料敏化太阳能电池相比传统的硅基太阳能电池，其效率明显提高。
近年来，国内外学者多次发表关于新型染料染料敏化太阳能电池的研究成果，最高的光电转换效率约为18%。
虽然这个效率远低于硅基太阳能电池，但染料敏化太阳能电池由于独特的结构设计和使用分子级别的钝化层，其效率有望在未来进一步提高。
2、材料成本低在制造DSC所需要的材料上，与传统硅基太阳能电池相比，新型染料敏化太阳能电池的材料成本远低于后者。
在使用过程中，染料敏化太阳能电池还可以通过人工制备来达到可持续性的效果。
3、长寿命最初，染料敏化太阳能电池的零件有一定的寿命限制。
但是，随着研究的深入，电池零件得到了改进，如耐光性能、耐化学性、封装性能等方面的提高，使得染料敏化太阳能电池的使用寿命大大延长。
三、新型染料敏化太阳能电池的应用前景1、环保领域随着全球环保意识的加强，太阳能电池作为清洁、可再生、低碳的能源形式越来受到人们关注。
染料敏化太阳能电池研究进展
染料敏化太阳能电池研究进展【摘要】利用无穷无尽的太阳能一直是人类的一个梦想，但由于效率转换较低至今未能大规模的普及，近年来染料敏化太阳能电池发展迅速，本文阐述了染料敏化太阳能电池(DSC)的基本结构、工作原理、现存的主要问题、效率转换影响因素以及染敏太阳能电池今后的工作。
【关键词】染料敏化；太阳能电池；TiO2薄膜0.引言太阳能作为一种无穷无尽、清洁的能源倍受人们的重视。
太阳能电池主要有硅系太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池((Dye-Sensitized Solar Cells,简称DSC)、有机太阳能电池等。
目前所用的太阳能电池大多采用硅材料，尽管晶体硅太阳能电池的稳定性和可靠性都相当好，室外环境下的工作寿命可超过几十年，但主要缺点在于价格过高，因而难以实现产业化。
1991年和1993年，瑞士的Michael Gratzel教授先后在Nature和Joural of the American Chemical Society上发表论文，报道了一种全新的太阳电池—染料敏化纳米晶TiO2薄膜太阳电池。
由于纳米晶节q薄膜具有很高的比表面积和较高的光电转换率，而且具有价格低廉、工艺简单、稳定的性能和寿命长等优点，因而成为世界各国研究机构争相开发的研究热点。
1.DSC太阳能电池的结构及原理液态DSC主要由透明导电玻璃基板、TiO2纳米晶多孔薄膜、染料、电解质溶液和透明对电极(一般涂有Pt)组成。
DSC的基本工作原理如下:当能量低于半导体纳米TiO2禁带宽度，但等于染料分子特征吸收波长的入射光照射在电极上时，吸附在电极表面的染料分子中的电子受激跃迁至激发态，然后注入到TiO2导带，而染料分子自身成为氧化态。
注入到TiO2中的电子通过扩散富集到导电玻璃基板，然后进入外电路。
处于氧化态的染料分子从电解质溶液中获得电子而被还原成基态，电解质中被氧化的电子给扩散至对电极，在电极表面获得电子被还原，这完成了一个光电化学反应循环。
中国染料敏化太阳能电池发展
中国染料敏化太阳能电池发展近年来，中国染料敏化太阳能电池在发展方面取得了令人瞩目的成就。
染料敏化太阳能电池是一种利用染料吸收太阳光产生电能的新型太阳能电池。
它具有制造工艺简单、成本低廉、灵活可塑等特点，因而备受瞩目。
以下将从中国染料敏化太阳能电池的发展历程、技术进展以及未来发展前景三个方面进行阐述。
首先，中国染料敏化太阳能电池的发展富有创新精神。
染料敏化太阳能电池的理论基础最早是在上世纪70年代提出的，但直到2024年才真正引起国际学术界的关注。
中国学者王健教授团队于1991年开始进行染料敏化太阳能电池研究，取得了一系列重要突破，将染料固态法应用于电池研究中。
在此基础上，中国科学院平顶山煤炭学院的杨益文教授团队于2004年成功制备出染料敏化太阳能电池的关键材料，纳米晶钛酸锌电子结构，为中国染料敏化太阳能电池研究打下了坚实的基础。
其次，中国染料敏化太阳能电池的技术进展迅猛。
中国的染料敏化太阳能电池研究重点主要集中在提高光电转化效率和稳定性上。
在光电转化效率方面，中国科学家不断改良染料分子的结构，使用新型电子传输材料和电解液，使电池在光电转化效率上取得了显著的提高。
例如，纳米晶染料敏化太阳能电池的光电转化效率已从最初的3%提高到目前的12%以上，显示出明显的进步。
在电池稳定性方面，中国科学家也做出了重要贡献。
由于染料敏化太阳能电池使用液态电解质，电池的稳定性一直是制约其商业化应用的重要问题。
中国科学院等科研机构的研究人员利用新型电解质和纳米材料改性等技术手段，大大提高了染料敏化太阳能电池的稳定性。
目前，染料敏化太阳能电池的稳定性已经达到了1000小时以上，使其在实际应用中更具可行性。
最后，中国染料敏化太阳能电池的未来发展前景广阔。
染料敏化太阳能电池具有制造工艺简单、成本低廉、灵活可塑等优势，有望成为替代传统硅基太阳能电池的重要选择。
与此同时，中国在染料敏化太阳能电池相关领域的科研实力和产业基础也在不断加强。
染料敏化太阳能电池技术研究进展及其应用前景分析
染料敏化太阳能电池技术研究进展及其应用前景分析染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells，DSSC）是一种新型的太阳能电池技术，具有较高的光电转换效率和低成本的特点。
本文将针对染料敏化太阳能电池的技术研究进展和应用前景进行分析。
染料敏化太阳能电池的原理基于光电化学效应，通过染料吸收光能并将其转化为电能。
其基本结构包括：透明导电玻璃基底、导电玻璃、染料敏化层、电解质层和反接电极层。
其中，染料敏化层是关键的光电转换部分，其中的染料分子吸收阳光中的光并激发电子，电子传输至导电玻璃，形成电流。
染料敏化太阳能电池具有多项优势。
首先，其光电转换效率较高，可以达到20%以上，接近于传统硅基太阳能电池的效率，同时克服了硅基太阳能电池复杂制备工艺和高成本的问题。
其次，染料敏化太阳能电池对光的吸收能力广泛，不仅适用于可见光范围内的光谱，还能有效利用可见光以外的红外光。
再者，该技术制备工艺相对简单，采用低温和溶液法可以制备出相对便宜的材料，可大规模生产。
近年来，染料敏化太阳能电池技术得到了进一步改进和优化，通过改变染料结构和电解质种类等，提高了光电转换效率和稳定性。
目前，已有一些新型染料敏化剂如铜卟啉、纳米晶染料和共轭聚合物被应用于该技术，进一步提高了效率。
因此，染料敏化太阳能电池已进入一个较为稳定的发展阶段，其技术成熟度和实用性逐渐增强。
除了在能源领域中的应用，染料敏化太阳能电池还具有广阔的拓展空间。
在移动设备、智能穿戴和户外装备等领域，由于其灵活性和可弯曲性，可以满足对轻薄、柔性或自供能的要求。
此外，染料敏化太阳能电池还可以应用于建筑一体化领域，如太阳能玻璃窗、太阳能瓦片等，将太阳能电池融入建筑设计中，为建筑提供清洁能源。
然而，染料敏化太阳能电池仍面临一些挑战。
首先，其耐候性和长期稳定性仍需要改进，尤其是面对户外环境中的氧化、光照和湿气等因素。
其次，染料敏化太阳能电池的成本仍较高，需要进一步降低成本，提高经济性。
染料敏化太阳能电池染料敏化剂的研究进展
1.太阳能D*图1染料敏化太阳能电池工作原理染料半导体分子的基态1),接受到了光照跃迁 到了光激发态的i r ，然后通过电子扩散作用，向 低能级的基态Ti 02半导体导带中注人了电子，电子 最后通过外部合成电路到达基态CE ,染料半导体分 子本身被氧化成为正离子1〕+, D +被电解质中的负 离子卜还原获得电子回到基态D ,丨则被电子氧化 为广。
I 3电子扩散到基态C E 后，得到的电子被氧化 并还原成基态r 。
在光激发-氧化-电子还原的作用 下，在循环和扩散过程中得到了持续的光电流9:好坏直接决定电池性能的优劣6 理想的染料敏化剂应当具备较高的光捕捉能力、较宽的吸收光谱、 较好的光学稳定性、激发态寿命较长等条件m 。
1.4氧化还原电解质氧化还原电解质对电池的效率有直接的影响。
其将氧化态的染料进行还原并将电荷在界面中传 输 ' 液态电解质使用最为广泛，例如：P v r 乙腈溶液和C 〇3+/C 〇2+乙腈溶液。
1.5对电极在DSSC 体系中，对电极能实现电对的循环再 生。
它主要通过收集并转移外电路电子，对氧化还原电对进行催化还原。
1.6工作机理染料敏化太阳能电池I :作原理如图1所示。
随着科技的发展，便携式电子设备不断增加, 促使提供其工作能源的发展不断向更便携、更节能 和更环保的方向发展1。
太阳能具备绿色能源的可 再生性，且非常环保等特点，因此，太阳能成为代 替传统能源的不二之选。
1991年，染料敏化太阳能 电池（DSSC )面世因DSSC 具有制备程序简 单、原材料易得、使用寿命长、独特的柔性结构和 较好的变形能力等优点，在满足一般电子器件需求 的同时为特定的电子器材提供了较好的能源3。
能 量转换率与使用时的稳定性是决定电池好坏的关键 因素，为进一步提高DSSC 的能量转换率与使用时 的稳定性，科学家们不断的将电极、敏化染料、光 阳极和电解质等进行改进。
本文介绍了不同染料敏化对染料敏化电池性能 的影响，以及对行业前景的展望。
染料敏化太阳能电池研究进展
染料敏化太阳能电池研究进展摘要：染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型光电化学太阳能电池，它具有生产本钱低、制作工艺简单、原材料来源丰硕和环保等长处。
介绍了染料敏化太阳能电池的一般结构及原理，综述了现阶段国内外对染料敏化太阳能电池中光阳极、敏化剂、对电极、电解质、光谱吸收等因素的最新研究进展，并对目前染料敏化太阳能电池中光阳极、染料、电解质、层叠结构等方面存在的问题及发展前景进行了论述，最后总结了染料敏化太阳能电池的发展方向。
中国论文网/1/关键词：太阳能电池；光阳极；染料敏化；电解质；对电极；光电转化效率中图分类号：TM +2 文献标志码：AResearch Development Status of Dyesensitized Solar CellsZHOU Yi1，ZHOU Yanxia2，ZHAO Di1（of Science，Tibet University，Lhasa 850000，China；of Engineering，Tibet University，Lhasa 850000，China）Abstract：Dyesensitized solar cells （DSSC）are a new type of photoelectrochemical solar cells with the advantages of low production cost，simple craft，rich source of raw materials，environmental friendliness，and so ，it has become a research focus in the field of new general structure and principles of dyesensitized solar cells were introduced in this latest research progress of dyesensitized solar cell including photoanode，sensitizer，counter electrode，electrolyte and spectrum absorption wasproblems and prospects of its photoanode，dyes，electrolytes，and laminated structure were ，the development direction of dyesensitized solar cells was summarized in the article.Keywords：solar cell；photoanode；dyesensitized；electrolyte；counter electrode；monochromatic incident photontoelectron conversion efficiency染料敏化太阳能电池（DSSC）是众多太阳能电池分类中的一种，它是可以利用一些光敏材料，模仿植物中叶绿素的光合作用，最终将太阳能（光能）转化为电能的一种新型太阳能电池[1]。
染料敏化太阳能电池研发现状与展望
染料敏化太阳能电池研发现状与展望染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs）是一种新型的光电转换装置，具有低成本、高效率、可弯折等优点，因此在可再生能源领域备受研究者的关注。
本文将介绍染料敏化太阳能电池的基本原理、研发现状以及未来的展望。
首先，我们来了解一下染料敏化太阳能电池的基本原理。
DSSCs主要由电解质溶液、染料敏化剂、电极和反电极组成。
染料敏化剂被吸附在电极表面，并能够吸收可见光，并将光能转化为电能。
当染料被吸收光子时，它会发生电子跃迁，从而形成电荷对。
电解质溶液中的阳极会接收电子，而阴极则接收阳离子，形成电流。
因此，DSSCs将光能转化为电能的过程中，涉及光吸收、电荷分离和电荷传输等多个关键步骤。
目前，染料敏化太阳能电池的研发已经取得了一定的进展。
首先，关于染料敏化剂的研究已经取得了显著的成果。
研究者们通过合成不同结构的染料敏化剂，提高了光电转换效率。
其次，对电解质溶液的改进也为DSSCs的性能提升提供了可能。
研究人员发现，通过改变电解质溶液中阳离子的种类和浓度，可以影响DSSCs的电荷传输效率，从而提高了光电转换效率。
此外，针对电极材料的改进也是提高DSSCs性能的关键。
近年来，一些新型的电极材料如氧化锌纳米线和钛酸钡纳米管等已被引入DSSCs中，以增强光电转换效率。
尽管染料敏化太阳能电池在研发过程中取得了一些令人鼓舞的成果，但目前还面临着一些挑战。
首先，染料敏化剂的稳定性仍然是一个问题。
染料敏化剂容易受到光照和氧化的损害，降低了太阳能电池的寿命。
其次，电解质的挥发性和易燃性可能限制了染料敏化太阳能电池的应用范围。
最后，太阳能电池的效率仍然较低，需要进一步提高。
然而，未来染料敏化太阳能电池的发展前景仍然乐观。
首先，随着纳米科技的发展，研究人员可以制备出更好的染料敏化剂，提高光电转换效率。
其次，新型材料的引入有望提高DSSCs的稳定性和寿命。
例如，有研究者使用钙钛矿材料代替染料敏化剂，取得了更高的效率和更好的稳定性。
染料敏化太阳能电池研究进展
染料敏化太阳能电池研究进展染料敏化太阳能电池（Dye sensitized solar cells，DSSCs）是一种新型的太阳能电池技术，自它的发明以来，一直受到广泛的研究和关注。
与传统的硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池具有较低的制造成本、较高的转换效率和较好的光电转化性能，因此被认为是太阳能电池领域的一个有潜力的替代品。
本文将介绍染料敏化太阳能电池的结构、工作原理以及相关研究进展。
染料敏化太阳能电池的结构主要包含工作电极、敏化剂、电解液和对电极。
其中，工作电极由导电玻璃、导电膜和透明导电剂组成，敏化剂通常使用染料吸附在导电膜表面。
电解液则用于媒介电子传输，通常由碘离子、碘离子还原剂及其携带体组成。
对电极则由电子传输材料组成。
染料敏化太阳能电池的工作原理是光电效应。
当太阳光照射到敏化剂上时，染料分子中的电子被激发，由导电玻璃传递到导电膜上，然后通过电解液传输至对电极，最终回到敏化剂上。
在电解液中，碘离子被还原为碘离子，充当电子传输的媒介。
通过这种光电效应，太阳能可以转化为电能，实现能源的转换和利用。
染料敏化太阳能电池的研究进展主要包括改进染料的吸光性能、提高电池的光电转化效率和稳定性。
近年来，许多研究人员致力于寻找更高效的敏化剂。
例如，一些研究表明，采用富勒烯作为敏化剂可以提高电池的光电转化效率。
此外，研究人员还尝试使用新型的染料材料，如无机染料、有机无机杂化材料和半导体纳米晶体等，来改善电池的性能。
除此之外，研究人员还试图通过改变电池的结构来提高其性能。
例如，一些研究表明，采用纳米结构的电解液可以提高电池的能量转换效率。
此外，研究人员还对电极材料、导电膜和对电极进行了改进，以提高电池的性能和稳定性。
总之，染料敏化太阳能电池作为一种新兴的太阳能电池技术，具有许多优势和潜力。
虽然目前的研究还面临一些挑战，如提高电池的稳定性和延长寿命，但相信通过不断的努力和创新，染料敏化太阳能电池有望在未来成为一种具有商业化应用前景的太阳能电池技术。
染料敏化太阳能电池的研究与发展
染料敏化太阳能电池的研究与发展第一章绪论太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的器件，由于其环保、可再生等优点，成为当今世界能源领域的热点研究对象。
在所有太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSSC)因具有高效、简单、低成本等特点，逐渐得到人们的认可和关注。
本文将对DSSC的研究与发展进行探索。
第二章原理与机制DSSC 类似于自然界中的光合作用，其核心是一对光致电子转移剂分子，它们吸收太阳光后，在半导体电解质中跨过电子表面势垒，形成电流。
其中光敏染料扮演重要角色，吸收太阳光并将能量转化为电子，然后将电子通过电解质传递到电极上。
电解质与电极之间产生的电势梯度可引起电子运动，从而产生电流。
第三章染料敏化太阳能电池的材料选择DSSC 中的材料包括电极、电解质、光敏染料等，材料的选择影响着 DSSC 的性能。
电极可采用钛基材料，以优异的导电性能和化学稳定性为特点。
电解质可以选择离子液体、过渡金属配合物、纳米晶等材料，其功能是传递电子和维持反应过程的正常进行。
光敏染料必须具有良好的光吸收特性、高的光照转换效率以及化学稳定性等。
第四章研究进展及应用前景DSSC 由于具有丰富的材料选择、简单易制备、较高的光电转换效率、良好的稳态发电性能和可持续性，近年来受到广泛关注。
DSSC 的研究进展包括光敏染料的优化、电极和电解质的改进、器件结构的创新等方面。
目前DSSC 已广泛应用于户外行业、建筑、电子设备等领域，展现了巨大的市场前景。
第五章结论通过分析 DSSC 的原理与机制、材料选择和研究进展及应用前景等方面，可知 DSSC 在发展潜力方面具有巨大潜力。
在未来的研究中，应继续优化 DSSC 的关键的材料结构和器件结构，提高其光电转换效率，拓宽DSSC 的应用领域，为实现可持续能源的目标做出更大的贡献。
染料敏化太阳能电池的研究进展
染料敏化太阳能电池的研究进展近年来，太阳能电池作为一种可再生能源的重要代表，受到了广泛的关注和研究。
其中，染料敏化太阳能电池作为一种新型的光电转换器件，具有高效、低成本、可调谐等特点，正在成为研究的热点之一。
染料敏化太阳能电池的原理是利用染料分子吸收光能，将光能转化为电能。
相比于传统的硅基太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有更高的光电转换效率和更低的制造成本。
这得益于染料分子在吸收光能后，通过电子转移过程将电子注入半导体纳米晶体中，从而产生电流。
与此同时，染料分子也可以通过再生过程将电子重新注入染料分子中，实现电荷的平衡，提高电池的稳定性。
在染料敏化太阳能电池的研究中，染料的选择和设计是至关重要的。
染料分子应具有较宽的光谱响应范围，能够吸收可见光和近红外光，从而提高光电转换效率。
此外，染料分子的结构也需要具备良好的光电性能，如高光电转换效率、长寿命和低能带边缘。
目前，研究者们通过调整染料分子的结构和化学成分，不断改进染料的性能，提高太阳能电池的效率。
除了染料的选择和设计，电解质也是染料敏化太阳能电池研究的重要方向之一。
电解质在染料敏化太阳能电池中起到电子传输和离子传输的关键作用。
传统的染料敏化太阳能电池采用有机液体电解质，但其稳定性较差，易受光照和温度变化的影响。
为了提高电池的稳定性和寿命，研究者们开始探索无机电解质和固态电解质的应用。
无机电解质具有较高的稳定性和导电性能，但其制备工艺相对复杂。
而固态电解质则具有较好的稳定性和导电性能，但目前仍面临制备难度和成本较高的问题。
因此，电解质的研究仍然需要进一步深入。
此外，电极的设计和优化也是染料敏化太阳能电池研究的重要方向之一。
电极材料应具有良好的光电性能、导电性能和稳定性。
传统的染料敏化太阳能电池采用的电极材料主要是氧化物和导电聚合物，但其光电转换效率较低。
为了提高电极的光电转换效率，研究者们开始探索新型的电极材料，如金属有机框架、碳材料和二维材料等。
染料敏化太阳能电池的研究进展
染料敏化太阳能电池的研究进展
吴晓宏;秦伟;李晓丹;姜兆华
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2005(013)005
【摘要】综述了近年来关于染料敏化太阳能电池制备的研究状况,详细介绍了国内外关于二氧化钛薄膜、反电极、染料和电解质的设计思路及制备情况,并讨论了制备方法对太阳能电池性能的影响.
【总页数】4页(P509-512)
【作者】吴晓宏;秦伟;李晓丹;姜兆华
【作者单位】哈尔滨工业大学,应用化学系,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,应用化学系,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,应用化学系,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】O643.3
【相关文献】
1.新型CeO2基材料在染料敏化太阳能电池光阳极中的应用研究进展 [J], 韩含; 顾鑫鑫; 王敏; 韩贵; 白静怡
2.稀土离子掺杂荧光粉材料在染料敏化太阳能电池中的研究进展 [J], 许硕;冯力;徐大千;陈宇龙;王昶;徐慢;戴武斌
3.稀土离子掺杂荧光粉材料在染料敏化太阳能电池中的研究进展 [J], 许硕;冯力;徐大千;陈宇龙;王昶;徐慢;戴武斌
4.柔性染料敏化太阳能电池光阳极研究进展 [J], 贾华丽;翟雪松
5.染料敏化太阳能电池对电极材料优化的研究进展 [J], 薛果;曹培心;王敏
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第 5期
吴晓宏 , 等 : 染料敏化太阳能电池的研究进 展
511
从而使染料中的电子更容易注入到 T iO2 薄膜的导 带中去. 其次, 染料分子应含有大 键、 高度共轭、 并 且有强的给电子基. 只有这样染料分子的能级轨道 才能与纳晶 T iO2 薄膜表面的 O 离子形成大的共轭 体系, 使电子从染料转移到 T i O2 薄膜更容易, 电池 的量子产率更高. 再次, 染料在可见光区有较强的吸 收, 尽可能宽的吸收带, 从而吸收更多的太阳光, 捕 获更多的能量, 提高光电转换效率. 除了以上三点 外, 还要求染料能够快速吸附到 T i O2 的孔道中, 且 不易脱附. 根据上述原则, Gr tzel等人 通过分子 设计合成了一系列的钌吡啶有机金属配合物. 经过 比较筛选出的最好的敏化剂为二 (异硫氰酸根 ) - 二 (4 , 4 - 二羧酸 - 2 , 2 - 联吡啶 )合 Ru(Ⅱ). 其顺式异 构体敏化的二氧化钛纳米晶电极在较宽的波长范围 内 ( 480~ 600) 产生了 80 % 以上的 IPCE、 17 mA cm 的短路光电流和 720 mV的开路光电压.
收稿日期 : 2004- 05- 28. 作者简介 : 吴晓宏 ( 1977 - ) , 女 , 博士后 , 副教授 ; 姜兆华 ( 1956 - ) , 男 , 教授 , 博士生导师 .
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材
料
[ 7]
科
学
与
工
艺
第 13 卷
这种方法制备出纯锐钛矿的 T i O 2 薄膜
[ 8]
.
这样, TCO /P25 电极通过电子沉积预处理表现出对 染料的吸收能力明显增强. 1 3 磁控溅射镀膜 溅射法是薄膜物理气相沉积的一种方法. 它可 以通过调节压强、 氧气流速等来控制薄膜的晶型. 罗欣莲 等人 采用 磁控溅 射镀 膜时, 用 纯度为 99 % 以上的钛靶, 反应时充氧气, 以 A r 为反应气 体 , 所得薄膜具有高质量、 高密度、 良好的结合性和 强度. 但其活性不如溶胶凝胶法制备的高. 但是如 将磁控溅射和溶胶凝胶法结合起来在导电玻璃镀上白金、 镍或者碳 . 范 乐庆等人
[ 12 ]
比较了这 几种电极 的性能 . 结 果表
明 , 白金电极效果最佳, 镍电极次之, 碳电极活性 较弱. 他们采用的制备方法如下 : 首先 是白 金电 极的 制备 , 选择 电解 液为 含 H 2 P tC l6 6H 2 O, ( NH 4 ) 2H PO 4, N a2HPO 4 的水溶 液 . 在 80 , PH 为 8 , 电 流密 度 控 制 在 0 036 A / c m 的条件下电镀 2 m in, 即得镀白金的 导电玻璃. 镀 镍 的 电 解 液 为 N iSO 4
, 以 Ru 及 Os 等有机金属化合物
作为光敏化染料 , 选用适当的氧化 - 还原电解质做 介质, 组 装 成 染 料 敏 化 T i O2 纳 米 晶 太 阳 能 电 池
[ 2~ 4]
(简称 DYSC 电池 ) . 其作用机理是染料分子
吸收太阳光能量, 使染料分子中的电子受激发, 跃 迁到激发态. 当染料分子的激发态能级高于半导体 的导带能级, 且二者能级匹配时, 激发态的染料就 会将电子快速注入到 T i O2 导带中, 并通过 T iO2 膜 传输到膜与导电玻璃的接触面上, 并在导电基片上 富集 , 通过外电路流向对电极. DYSC 电池最大的 优势是廉价的成本、 简单的制作和高的稳定性, 有 很好的应用前景. 自 G r tzel教授首次报道高效廉 价染料 敏化 太阳 电池 以来, 掀 起了 各 国学 者对
[ 1]
DYSC 电池的研究热潮
[ 5, 6]
. 本文就近几年来染料
敏化太阳能电池制备的研究进展作一综述.
1 二氧化钛薄膜的制备
1 . 1 溶胶凝胶法 1 1 . 1 溶胶的制备 瑞士洛桑高等工学院 Gr tzel等人提出了一 套 Ti O2 薄膜的制备方案 , 他们将钛醇盐逐滴加入 水中, 通过控制加入的相应醇的量来调节溶胶浓 度 . 钛醇盐在水中发生水解 , 生成沉淀. 再将沉淀 用去离子水清洗后, 溶于硝酸. 为了控制粒子的大 小 , 还需控制水解的速度和溶胶的浓度. 方法是将 溶胶放入 80 烘箱烘 8 h . 接下来是热压处理这 , 水的饱和 些溶胶 , 热压处理可以控制粒子的生长与结晶 . 其 过程是将溶胶放入高压釜内, 在 230 蒸汽压为 400~ 1500 kP a的条件下加热 3~ 12 h . 温度越高, 薄膜中的金红石含量越高 , 尤其在温度 超过 240 时 , 金红石相升高较为明显. 再次, 将 得到的溶胶用超声波处理后进行旋转蒸发, 从而 使溶胶浓缩到需要的浓度. 国内也有很多人选用
[ 10]
3 染料的发展现状和制备
Ti O2 薄 膜 属 于 宽 禁 带 半 导 体, 只 能 吸 收 387 nm以下的光, 不能吸收太阳光中占大部分的 可见光, 捕获太阳光的能力非常差 . 因此 , 为提高 Ti O2 薄膜的吸光能力, 并将体系的光谱响应延伸 到可见区, 制备与宽带隙半导体和价带能量匹配 且激发态能级高于半导体导带能级的有机染成为 解决问题的关键 . 染料目前大致分为 3类: 有钌吡啶有机金属配 合物 、 酞菁和菁类系列染料 和天然染料 . 经 过实验证明, 用钌吡啶有机金属配合物敏化 T i O2 电 极的效果最佳. 人们通过研究钌吡啶配合物敏化太 阳能电池中各个环节的动力学速率常数发现, 要获 得较高的光电转换效率, 首先使合成出的染料具有 稳定的氧化态和激发态, 这样不但会使电池具有较 高的逆转能力, 还会使染料中的电子注入效率提高,
2 2
6H 2O, N aC ,l
H 3 BO 3, C 12H 25 NaO 4 S 的水溶液. 在电流密度控制 为 0 010 A / c m 的条件下电镀 1 m in. 碳电极的制 备采用 的是物 理涂敷 法. 用 5B 铅笔在导电玻璃的导电面进行涂敷 , 尽量涂均匀. 然后放入马弗炉中进行热处理, 经过热处理后的 碳电极用酒精进行冲洗后凉干即可获得所需要的 碳电极 .
和 Gr tze l等人用透
明胶带盖住电极的四边, 形成一个约 40~ 50 m 深的沟 , 用于涂敷二氧化钛 . 在上面滴 T i O2 溶液, 然后用玻璃棒徐徐地滚动 , 使其均匀 . 1 1 3 薄膜的烧结 薄膜烧结的过程是钛醇盐发生缩聚反应的过 程 , 在此过程中脱掉薄膜中的水和有机物而生成 二氧化钛 . 烧结过程要控制升温速率、 保温时间、 烧结温度. 因为它们对薄膜的粒径、 孔径和晶型影 响非常大. 1 . 2 阳极氧化法 L adislav K avan等人 采用 T iC l3 的阳极氧化 水解法制备了 T i O2 薄膜. 电解液选取 15 % T iC l3 水 溶液和 10 % HC , l 在其中混入少量的 Zn, 使得钛离 子以三价的形式存在. 阳极为导电氧化物电极. 阴 极为 P t电极, 电解液的 PH 值为 2~ 3 , 以饱和甘汞 电极 ( SCE )为参比电极. 通过 T iC l3 水溶液的阳极 氧化水解, 从而在 TCO 电极上获得了 T iO2 层. 形成 的沉积层为 1 m, 在 450 烧结后为锐钛矿结构. 并且 , 沉积层表现出 n- T i O2 半导体 (锐钛矿 ) 的电 化学和光电化学活性. 但是, 要想用染料对其敏化, 还要增加 TCO 电极的粗糙度 . 因此 , 为了获得合适 的粗糙度, TCO 电极上附着 P25 粒子, 并对其烧结.
Abstract : Th is paper rev iew s recent developm ent status of dye -sensitized so lar cells in the w orld . T he design and preparation status , inc lud in g the T iO2 thin f il ms , counter -e lectrode , dye and electro ly te , are introduced in detai.l T he in f lu ence of preparatio n m ethod on th e properties o f so lar ce lls is also discussed . K ey w ord s : solar cells ; th in fil m of T i O2; dye - sensit ized 染料敏化太阳能电池是近年发展起来的一种 太阳能电池, 是由瑞士的 Gr tze l教授领导的研究 小组首次提出的 , 是基于自然界中的光合作用原理 而发明的. 这种电池以廉价的 T iO2 纳米多孔膜作 为半导体电极
摘
要 : 综述了近年来关于染料敏化太阳能电池制备的研究状况 , 详细介绍了国内外关于 二氧化钛薄 膜 、 反
电极 、 染料和电解质的设计思路及制备情况 , 并讨论了制备方法对太阳能电池性能的影响 . 关键词 : 太阳能电池 ; T iO2 薄膜 ; 染料敏化 中图分类号 : O 643 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1005- 0299( 2005) 05- 0509- 04
[ 11]
制备溶胶的第二种方法是用二氧化钛粉体来 制备. 瑞士洛桑高等工学院 Gr tzel 和华侨大学 [ 6] 的范乐庆等人 都使用过此种方法 . 其过程是称 取二氧化钛粉 ( P25) 放入研钵中, 一边研磨 , 一边 逐渐加入 硝酸或 乙酸 ( p H 值为 3 ~ 4), 每加 入 1 mL酸都必须使其研磨得较均匀. 第三种方法是 将钛醇盐溶于 部分无水 乙醇 中 , 然后加入二乙醇胺和浓盐酸 , 室温下用磁力搅 拌器搅拌 1 h , 混合均匀后再加入水和无水乙醇体 积比为 1 10 的乙醇水溶液 , 得到稳定、 均匀、 透 明的浅黄色溶胶 . 此法制备溶胶比较简单易行 . 1 1 2 基片的清洗与成膜 制备完溶胶后, 下一步是成膜 . 在成膜之前, 先要对导电玻璃进行清洗. 清洗的方法是将薄膜 分别放入水和乙醇中进行超声清洗 . 在制备染料 敏化太阳能电池中最常用的成膜方法是浸渍提拉 法和胶带涂敷法 . 浸渍提拉法是将清洁的基片浸 泡在溶胶中 , 然后以一定的速率将基片沿与液面 垂直方向提拉, 这样在基片表面就附着一层溶胶 的薄膜 . 溶胶的黏度和提拉的速度对膜层的厚度 影响很大 . 黏度太大会造成膜层不均匀 , 黏度太 小 , 又不易成膜. 提拉速度过快会使薄膜在低温干 燥而产生微小裂纹. 林志东