TiO2应用于染料敏化太阳能电池

徐慷

【摘 要】染料敏化太阳电池因具有使用寿命长、易于制造、光电转换效率高， 比传统太阳电池成本低廉等优点，成为新一代太阳电池的研究热点。TiO2更是DSSC光阳极的主要材料。本文简单介绍了染料敏化太阳能电池的原理，以及TiO2纳米空心球的应用。

【关键词】TiO2；空心球；染料敏化；太阳能

0 引言

太阳能电池中非晶硅太阳能电池是目前普遍的太阳能电池，但是由于成本较高、投资商投资回收较慢，不方便普及推广。因此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，自从Gratzel博士首次成功研制纳米TiO2太阳能电池至今，纳米TiO2太阳能电池掀起广泛研究热潮。染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新一代太阳能电池。由于制作方法简单、成本便宜和结构稳定，无毒无害对环境无污染，有着很好的开发前景。能够解决当今社会能源，以及污染的主要问题。染料敏化太阳电池因具有使用寿命长、易于制造、光电转换效率高， 比传统太阳电池成本低廉等优点，成为新一代太阳电池的研究热点。我们可以将TiO2制备成纳米空心球结构来获得更大的比表面积，TiO2空心球表面能够吸附更多的染料分子，只有紧密吸附在空心球表面的染料分子将会提高他的敏化效率。

本文研究的TiO2空心球球密度小，比表面积较大，捕光效率较高，显著提高了光的吸收效率。

1 DSSC的结构及工作原理

DSSC的结构组成：由TiO2纳米空心球、电解质、染料、FTO、铂薄膜等构成。TiO2纳米空心球汇集在FTO玻璃板上成为染料敏华电池的正极。负极是在FTO玻璃上镀金属铂薄膜。敏化染料吸附在TiO2纳米空心球表面上。电解质我们一般取用I3/I-。DSSC工作原理如下图所示：

染料敏化太陽能电池（DSSC）在阳光下的反应过程，以及工作原理，都表现在图1中。通过染料以及电解质的氧化还原反应而产生电子，反应发生在二氧化钛的表面。二氧化钛从中起到一个催化剂的作用。

具体过程可以用以下的式子表示：

染料（S）+hv→染料*（S*）

S*+TiO2→e-（TiO2导带）+氧化染料（S+）

S+ + 3I-→S+I3-（染料还原）

I3-+2e-（阴电极）→3I-（电解质还原）

I3-+2e-（TiO2导带）→3I-（暗电流）

2 TiO2纳米空心球的制备

制备纳米TiO2空心球的方法有很多，本篇文章中我们采用模板法制作TiO2空心球。先用葡萄糖水热法制作碳球，以碳球为模板。因为碳无毒，无害，燃烧后无杂质，且葡萄糖价格便宜，取材方便是最好的模板材料。制备好的碳球收集干燥。

我们以溶胶-凝胶法，在碳球的基础上包覆钛酸丁酯，加热条件下匀速搅拌，使碳球均匀包覆，控制过程反应缓慢进行。最终将产物放进马弗炉里高温退火，由于碳模板经过高温燃烧后，变成二氧化碳气体消失。所以产物为白色的TiO2纳米空心球。

3 总结

染料敏化太阳电池因具有使用寿命长、易于制造、光电转换效率高， 比传统太阳电池成本低廉等优点，成为新一代太阳电池的研究热点。TiO2更是DSSC光阳极的主要材料。制作中使用的模板碳，无毒无害。所以整个制作过程绿色环保无污染，具有很好的发展前景，未来染料敏化太阳能电池将会取代传统的非晶硅太阳能电池。

【参考文献】

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