染料敏化太阳能电池技术

　　

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

图

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。