染料敏化纳米太阳能电池-感光科学与光化学2000-邱勇√√√√√√.pdf

　第 18 卷 　第 4 期 感 光 科 学 与 光 化 学 Vo1. 18 　No. 4 　 　2000 年 11 月 PHO TO GRAPHIC SCIENCE AND PHO TOCHEMISTR Y Nov. ,2000 　 综　述 染料敏化纳米太阳能电池 李 　斌 , 邱 　勇 (清华大学 化学系 ,北京 100084) 摘 　　要 : 本文介绍了染料敏化纳米太阳能电池的结构和原理 ,对纳米 TiO2 膜、敏化 染料、空穴传输材料的研究进展进行了综述. 关 键 词 : 　　 染料敏化 ;纳米薄膜 ;空穴传输材料 ;太阳能电池 文章编号 : (2000)　　中图分类号:O64 　　文献标识码 :A 　　 随着世界人口的急剧增加 ,对能源的需求量也越来越大. 在 20 世纪 70 年代爆发石 油危机之后 ,太阳能的利用得到了长足的发展. 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. 与化石燃料相比 ,太阳能取之不尽 ,用之不竭. 太阳能的使用不会 破坏地球热平衡 ,对生态保护有利. 与核能相比 ,太阳能更为安全 ,其应用不会对环境构 成任何污染. 与水能、风能相比 ,太阳能利用的花费较低 ,且不受地理条件限制. 20 世纪 70 年代 ,用于宇宙飞船的太阳能硅电池光电转换效率已经超过了 25 %. 之 后出现的半导体液结太阳能电池使用了 Si 、GaAs 和 WSe 等材料. 其中 ,单晶 Si 或 GaAs 电池的转换效率超过了 15 %[1 ] . 多晶硅、无定型硅、镉碲化物半导体液结太阳能电池也相 继出现. 但是这种半导体液结电池中光的吸收和载流子的传输是同时进行的[2 ,3 ] ,为了防 止电子空穴的重新复合 ,所用的材料必须具有很高纯度 ,并且没有结构缺陷. 结果 ,严重 的光腐蚀和昂贵的价格使这种电池的应用受到了一定的限制. 在 20 世纪七八十年代 ,太 阳能电池研究在一定程度上处于停滞阶段. 1991 年 , Gratzel¨ 等人[4 ]提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳米薄膜为光阳极 ( ) 的光伏电池 ,称为 Gratzel¨ 电池,它以羧酸联吡啶钌 Ⅱ配合物为敏化染料. 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 ,其光电转换效率在 AM1 5 模拟日光照 射下可达 71～79 %. 这种染料敏化的光电化学电池仅在一个带上产生载流子 , 即阳极 发生光敏化后 , 电子注入纳米 TiO2 导带 ,而空穴仍留在表面的染料上 , 因此 , 电荷的重新 收稿日期 :; 修定日期 : ( ) 作者简介 : 邱勇 1964 ,男 ,清华大学化学系教授 ,化学博士 ,主要从事光化学和有机光电子方面的研究 ,通讯 ( ) ( ) ( ) 联系人 , Tel : 010 office ; Fax : 010; Email : qiuy @mail. tsinghua. edu. cn. 336 　4 期 李 　斌等 : 染料敏化纳米太阳能电池 　　337 　 复合受到限制 ,从而可以使用多晶的及纯度不高的材料[5 ,6 ] ,使成本大为降低. 在此之后 , 半导体光电化学电池再次成为研究热点[1 ,7～20 ] . 1993 年 , Gratzel¨ 等人[21 ]再次报道了光电转换效率达 10 %的染料敏化纳米太阳能电