1前言

　　在诸多新能源中，太阳能以其丰富的储量、清洁无污染的优点和较小的地域限制而受到广泛关注。对太阳能的利用主要包括光热转换、光电转换和光化学能转换3种形式。太阳能电池是一种将太阳能转换成电能的光电转换器件，它可以直接为小型电器提供电能，也可以进行并网发电，因而有着十分广阔的应用前景。硅基太阳能电池是最早发展起来，并且也是目前发展最成熟的太阳能电池。经过数十年的努力。单晶硅太阳能电池的效率已经超过了25％，在航天中起着举足轻重的作用。但在民用方面目前性价比还不能和传统能源相竞争。因此，各类新型太阳能电池应运而生。

　　在众多新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Sollar Cells，简称DSC)近年来发展迅速。其研究历史可以追溯到20世纪60年代，德国Tributsch发现了染料吸附在半导体上在一定条件下能产生电流，为光电化学奠定了重要基础。事实上，到1991年以前，大多数染料敏化的光电转换效率比较低(<1％)。1991年，瑞士洛桑高等工业学院的Michael Gratzel教授领导的研究小组将纳晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池中，使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高。相比于硅基太阳电池，染料敏化太阳能电池(DSC)具有成本低廉、工艺简单和光电转换效率较高的特点。

　　2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理

　　2.1 染料敏化太阳能电池的结构

　　典型的染料敏化太阳能电池的结构包括纳米多孔Ti02半导体薄膜、透明导电玻璃、染料光敏化剂、空穴传输介质和对电极。

　　多孔纳米TiO2薄膜是电池的光阳极，其性能的好坏直接关系到太阳能电池的效率。这种薄膜一般是用TiO2纳晶微粒涂覆在导电玻璃表面，在高温条件下烧结而形成多孔电极。

　　透明导电玻璃一般为ITO玻璃或TCO玻璃等，它起着传输和收集电子的作用。

　　染料光敏化剂是吸附在多孔电极表面的，要求具有很宽的可见光谱吸收及具有长期的稳定性。

　　空穴传输介质主要起氧化还原作用和电子传输作用。各种染料敏化电池的主要区别也是在于空穴传输介质的不同。

　　对电极一般使用铂电极或具有单电子层的铂电极，主要用于收集电子。

　　2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理

　　染料敏化太阳能电池的基本工作原理如下：当能量低于多孔纳米TiO2薄膜禁带宽度，但等于染料分子特征吸收波长的入射光照射在多孔电极上时，吸附在多孔电极表面的染料分子中的电子受激跃迁至激发态，再注人到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扩散至对电极，这就完成了一个光电化学反应的过程。在染料敏化太阳能电池中，光能被直接转换成了电能，而电池内部并没有发生净的化学变化。

　　DSC电池的工作原理类似于自然界的光合作用，与传统硅电池不同。它对光的吸收主要通过染料来实现，而电荷的分离传输则是通过动力学反应速率来控制。电荷在TiO2中的运输由多数载流子完成，所以这种电池对材料纯度和制备工艺的要求并不十分苛刻，使得制作成本大幅下降。