原作者: 白素贞,杨维春

    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(dye-sensitizedsolarcell)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(Ⅱ)配合物为敏化染料,称为Gratzel型电池.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,此种电池的效率已稳定在10%左右,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

　　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,基态染料分子(S)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(S3);2)激发态的电子快速注入到TiO2导带中;3)电子在TiO2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(S*)与电解质(I-/I3-)溶液中的电子供体(I-)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(见图1)。

　　影响因素

　　下面主要从太阳能电池的结构讨论其光电转化性能的影响因素。