染料敏化氧化钛光伏电池综述

威海职业学院 景悦林

染料敏化氧化钛光伏电池综述

威海职业学院 景悦林

本文对DSSC(Dye)纳米氧化钛光伏电池的研究概况进行了介绍，对影响光电转换效率的因素，如纳米氧化钛膜、敏化染料、氧化还原电解质等做了探讨。最后对光伏电池所面临的问题进行了讨论,并提出今后的研究方向。

氧化钛；光伏电池；染料敏化；纳米薄膜

基于能源消耗问题和环境污染问题，大力发展新能源技术具有重要的现实意义。针对采取单晶光伏电池成本高等问题，开发低成本光电活性材料，对充分利用太阳能资源有重要意义。

1 DSSC电池结构

染料敏化光伏电池主要由导电基底、纳米多孔氧化钛膜、敏化剂和电解质等组成，如图1所示。玻璃基板内侧镀有0.5～0.7μm的ITO（氧化铟锡），其方块电阻为10～20Ω,透光率＞85%。光阴极还可镀上一层Pt（铂）（约5～10μg·cm-2)，Pt层对光的反射不仅提高了光子的吸收率,，还有助于提高载流子的收集效率。氧化钛膜层为具有比表面积较高的纳米多孔薄膜组成，厚度一般为10μm左右。DSSC电池选用的敏化剂可以采用有机染料或无机染料。电解液的选择随敏化剂的不同而不同，可以采用碘或碘化物的无机溶剂或有机溶剂形成的溶液，其配比对DSSC的转化效率有较大影响。

图1 DSSC基本结构

2 影响DSSC电池转换效率的关键因素

2.1 氧化钛纳米多孔膜

半导体纳米晶多孔膜是光电化学领域中光电转换的前沿和重要基础，由于纳米晶多孔膜材料没有形成内建的电场，可以使电解质渗透到电极材料内部，形成三维的半导体与电解质的界面，因此提高了DSSC电池的转换效率。当然，提高DSSC电池转换效率除了改变电极性能之外，也可以利用改变电极形貌来实现，因此有专家学者开始从研究形貌结构方面着手，提出了垂直于TOC导电玻璃表面高度有序纳米阵列电极材料，采取此种方法相比多孔膜要具有更好的效益，其原因：一是增加了光子的散射作用，增加传输路径；二是纳米阵列结构可以降低界面复合的机会，大大提高转换效率；三是纳米阵列结构与多孔膜结构相比，各纳米孔洞之间具有更高的连通率，更容易满足电解液在光照条件下传质动力学的要求；四是发展此种方法可以有利于发展固态半固态的电解质，实现研究的创新发展。例如美国CraigA．Grimes等用阳极氧化钛的方法制备了纳米氧化钛孔阵列。

2.2 染料敏化剂

染料敏化剂是整合DSSC电池转换的关键因素，其价值在于能吸收可见光，因此可以说染料性能好坏关系到整合DSSC电池的效率，。根据实验，染料敏化剂应该满足以下因素：一是要求染料敏化剂中含有与氧化钛相结合的官能团，这样其就可以吸附在氧化钛表面上，实现对可见光的吸收；二是具有足够长的激发态，并且要求具有较高的电荷传输效率，这样就可以延长电子空穴分离时间进而延长电子空穴分离时间，提高电子的转换效率。，例如具有足够长的激发态之后，就可以在一定单元时间内更多地促进电池转换，进而提高转换效率；三是激发态具有较强的稳定性，并且具有氧化还原电势，这样可以保证染料激发态电子进入到氧化钛导带中。

2.3 电解质

电解液对DSSC电池转换效率的影响非常大，电解质的作用则是促使氧化态染料重生。目前应用到DSSC的电解质主要分为液态和固态电解质两种。根据相关实验，针对染料敏化光伏电池的电解质主要采取的是液态电解质，而选择的液态电解质为氧化还原对为I3-/I-。选择该种类主要具有以下优点：电解速度快，成分容易被调节，具有良好的渗透性，能够大大提高DSSC电池的转换效率，一般转换效益为11.1%。当然我们也要清晰地认识到其所存在的缺陷：液体电解质容易导致薄膜上的染料解吸，影响电池稳定性，电解质容易发生化学变化，影响电池的转换效益，采取液态电解质需要较高的封闭工艺，一旦密封工艺不严格就会导致电池失效。由此可见，固态电解质能够有效地消除上述问题，根据实践效果看，由于固态电解质能够有效地避免上述的问题，固态电解质可成为DSSC电池转换电解质的首选。根据相关数据调查，固态电解质的应用效率已经达到5.0%，虽然该数据远远低于液态电解质的应用效率，但是随着对固态电解质研究的深入，该技术会越来越成熟。

3 主要问题和发展对策

（1）纳米氧化钛膜的制备。电子在传输的过程中容易出现电子受体复合而引起电流损失，因此对于该问题，需要深入的研究，例如当前就着重从优化纳米晶膜进而保证在电子传输的过程中降低损耗着手，以提高转效率。根据当前研究方法，积极探索多种半导体复合膜式热电。

（2）固体空穴传输材料问题。根据影响DSSC电池转换的因素，研究电解质的替代品是研究的重点，也是实现DSSC光伏电池普及化的基础。

总之基于当前环境污染问题，大力发展DSSC电池是新能源技术发展的必然趋势。随着技术的不断发展，DSSC电池将会在市场中得到良好的应用，深入研究DSSC电池转换效率对普及该技术具有积极的意义。

[1].Lee K M,H su C Y,et al.H ig hly po ro us PProDOT-Et2 film as counter electr ode fo r plastic dye-sensitized so larcells [J].Phys Chem Chem Phy s,2010,11:3375.