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%。

3、量子点染料敏化太阳能电池。2003年，Konarka公司使用CdS和CdSe量子点作为染料敏化剂，制备出量子点染料敏化太阳能电池，进一步提高了光电转换效率及稳定性，效率可以达到

7.8%。其中，CdSe量子点可以波长专指可见光谱区，CdS量子点

则可扩展覆盖了紫外和蓝光谱区。

4、双层敏化太阳能电池。2010年，张伯重和Wang在Grätzel

电池基础上加上有机半导体材料PCA-1和PCBM，形成双层敏化

电池。该电池相比于单层Grätzel电池，有更高的光电转换效率（10.2%），并且极化稳定性和长期稳定性得到了大幅提高。

三、染料敏化太阳能电池的应用前景

染料敏化太阳能电池的成本低廉、柔性透明等特点，已经被广

泛应用于一些领域，如：建筑自身供电、智能玻璃、光伏装备等。下面举几个例子：

1、建筑自身供电。在建筑行业中，Grätzel太阳能电池可以作

为建筑外壳、屋顶、幕墙等自身供电装置的基础材料。在不影响

建筑美观的前提下，可以实现幕墙、立面的电力、照明等功能，

提高了建筑功能的多样性和绿色环保性。

2、智能玻璃。智能玻璃是一种可以根据应用需要改变自身透明度和颜色的玻璃材料。而Grätzel太阳能电池恰恰可以应用在玻璃材料上，以给手机，平板电脑、导航、汽车、卫星等产品提供绿色电力。

3、光伏装备。近年来，Grätzel太阳能电池逐渐接受了军事用途的考验，例如，它可以用于远程监测设备，为海上军舰提供绿色能源，用于舰载雷达，弹射器和其他大功率设备，以及在军事卫星，它充当了稳定的能量来源。

综上所述，染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，具有成本低、透明柔性、制作简单等优点，因此其在自身供电、智能玻璃、光伏装备等领域有广泛的应用前景。未来，Grätzel电池在性能和应用方面还有很多的改进和创新，为绿色能源的发展做出更大的贡献。