染料敏化太陽電池的染料敏化劑的研究進展

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1、2009年第11卷第3期巢湖學(xué)院學(xué)報No?3Vo1．11．2009總第96期JoumlofChaohuCollegeGeneralSerialNo．96染料敏化太陽電池的染料敏化劑的研究進展秦國旭t袁希梅z李祥飛，(1巢湖學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，安徽巢湖238000)(2安徽省恒銳新技術(shù)開發(fā)有限責任公司，安徽合肥230088)(3安徽省皖北媒電集團有限公司含山恒泰非金屬材料分公司，安徽巢湖238171)摘要：染料敏化太陽電池(DSC電池)利用敏化納米半導(dǎo)體把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，具有價格低、效率高等優(yōu)點，近年來已引起越來越多研究者的廣泛興趣。本文簡要地介紹了DSC電池的組成結(jié)構(gòu)、工作原

2、理，并對染料敏化劑應(yīng)具備的條件、不同染料敏化劑所取得的研究進展進行了綜述。在此基礎(chǔ)上，提出了一些值得深入研究的問題。關(guān)鍵詞：太陽電池：染料敏化劑：光電轉(zhuǎn)換效率中圖分類號：0644．16；TM914．4文獻標識碼：A文章編號：1672-2868(2009)03-0089--091引言使用固體有機空穴傳輸代替了液體電解質(zhì)，單色光自從1839年Becquerel發(fā)現(xiàn)CuO或Ago涂轉(zhuǎn)化效率達到33％圈，現(xiàn)在固體有機空穴材料作為在金屬電極上產(chǎn)生光效應(yīng)以來，光電化學(xué)研究已有電解質(zhì)的光電能量轉(zhuǎn)換效率達到4％m，而使用無100多年的歷史。當1971年Honda和Fujishima機材料Culn

3、~進行復(fù)合后，光電能量轉(zhuǎn)換效率更用rio：電極光電解水，獲得了氫氣，這才開始了具是了5％6。2005年Gratzel等人以N719有實際意義上的光電化學(xué)電池的報道田。自從1991為敏化劑，使光電能量轉(zhuǎn)換效率已達到11．18％翻，年，以瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院MichaelGratzel暾授可與非晶硅太陽電池相媲美。韓禮元教授等人唯為首的研究小組采用高比表面積的納米多孔TiO：2006年以黑色染料為敏化劑也獲得了l1．1％的光膜作半導(dǎo)體電極，并選用適當?shù)难趸€原電解質(zhì)研電能量轉(zhuǎn)換效率。2005年，RobertsonN教授在制出光電能量轉(zhuǎn)換效率為7．1％的染料敏化太陽電Angewandt

4、eChemie上也探討了染料敏化劑的發(fā)池(dye—sensitizedsolarcell，DSQ以來，DsC電池展。由于這種電池具有成本低、制作工藝簡單、穩(wěn)定的發(fā)展引起了人們的廣泛重視。1993年，Gratzel等性好等優(yōu)勢，引起了全世界的廣泛關(guān)注。人再次報道了光電能量轉(zhuǎn)換效率達10％的染料敏2DSC電池的組成結(jié)構(gòu)與工作原理化納米太陽能電池翻，1997年其轉(zhuǎn)換效率達到了2．1組成結(jié)構(gòu)10％一1l％，短路電流為18mA／cm~，開路電壓為傳統(tǒng)的非晶膜液體太陽能電池的工作電極720mV~。1998年又進一步研制出固態(tài)DSC電池，主要由半導(dǎo)體材料組成，工作電極同時要具有吸收稿日期：20

5、08-08-28基金項目：巢湖學(xué)院重點資助項~(XLZ-200801)。作者簡介：秦國旭(1982-)，女。研究方向洧機電合成、光電化學(xué)、納米材料的應(yīng)用研究。89收光能和傳導(dǎo)光生載流子兩個功能，因而不可避料的基態(tài)和激發(fā)態(tài)；I-氧化還原電解質(zhì)免地存在工作電極易被光腐蝕或損失大量可見3染料敏化劑的應(yīng)具備的條件光的弱點，所以能量轉(zhuǎn)換效率很低。而在傳統(tǒng)敏染料敏化劑是DSC電池的關(guān)鍵部分，它的化太陽能電池中，普遍采用的都是致密的半代替性能優(yōu)劣將直接影響NPC電池的光電轉(zhuǎn)換效薄膜，只能在膜表面上吸附單層染料，而單層染率，因此，DSC電池對染料的要求非常嚴格，一種料吸收的太陽光很有限，多層染料

6、又阻礙了電子理想的敏化劑應(yīng)該滿足以下條伴，03：的運輸，因而光電轉(zhuǎn)換效率也很低。與它們不同(1)能緊密吸附在納米半導(dǎo)體表面。即能快的是，DSC電池以納米晶半導(dǎo)體多孑L膜為光陽速達到吸附平衡，且不易脫落。染料分子母體中，極，其表面的粗糙度使得整個半導(dǎo)體膜成海綿一般應(yīng)含有易與納米半導(dǎo)體表面結(jié)合的基團，如狀，具有很大的表面積，能夠吸附更多染料單分一COOH、一SO。H、一PO。H：。研究【17l表明(以羧酸聯(lián)吡子層。這樣既克服了原來太陽能電池中只能吸附啶釕染料為例)，染料上的羧基與TiO膜上的羥單分子層而吸收少量太陽光的缺點，又增強了太基結(jié)合生成了酯，從而增強了TiO導(dǎo)帶3d軌道陽光被

7、染料的吸收，從而產(chǎn)生更大的光電流【l2】。和染料竹軌道電子的耦合，使電子轉(zhuǎn)移更為容DSC電池主要由透明導(dǎo)電基片f即鍍有透明易；導(dǎo)電膜的導(dǎo)電玻璃)、納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體多孔膜、敏(2)對可見光具有很好的吸收特性。即能吸化劑、電解質(zhì)溶液和透明對電極組成。以納米收大部分或者全部的入射光，另外其吸收光譜又TiO太陽能電池為例，圖1為其結(jié)構(gòu)示意圖【。能與太陽能光譜很好的匹配；(3)其氧化態(tài)和激發(fā)態(tài)要有較高的穩(wěn)定性和活性；(4)激發(fā)態(tài)壽命足夠長，且具有很高的電荷傳輸效率；(5)具有足夠負的激發(fā)態(tài)氧