纳米

TiO2 在太阳能电池方面的应用

利用纳米尺度的半导体材料如 TiO2、ZnO、SnO2 等作为太阳能电池的光电极的研究是世界
范围的研究热点，其中纳米

TiO2 由于光稳定、无毒成为研究光电太阳能转换电池使用最普

遍的材料。

研究进展

1991 年，瑞士洛桑高等工业学校的 Brian O Regan 和 Graetzel M 报道了一种以染料敏化
TiO2 纳米晶膜作光阳极的新型高效太阳能电池，从而开创了太阳能电池的新世纪，世界上
第一个纳米太阳能电池诞生了。

但是利用液态电解质作为空穴传输材料实践中存在许多无法改进的缺陷，如由于密封工
艺复杂，长期放置造成电解液泄露，电池中还存在密封剂与电解液的反应，电极有光腐蚀
现象，且敏化染料易脱附等，研究者们以固态空穴传输材料取而代之制备出全固态纳米太
阳能电池，并取得可喜的成就。

1996 年，Masamitsu 等人利用固态高分子电解质制备了全固态太阳能电池，利用特殊的
制备方法获得了高离子导电性的电解质，得到了连续的光电流，并得到

0.49％的光电转换

效率。

1998 年 Graetzel 等人利用 OMeTAD 作空穴传输材料得到 0.74％的光电转换效率，而其单
色光光电转换效率达到了

33％，引起了世人的瞩目，使纳米太阳能电池向全固态迈进了一

大步。

国际上的研究热点之一是将单个液结 TiO2 纳米太阳能电池串联，以提高开路电压。中科
院等离子体物理研究所为主要承担单位的研究项目在此领域取得重大突破性进展，

2004 年

10 月中旬建成了 500 瓦规模的小型示范电站，光电转换效率达到 5%。这项成果使我国大面
积染料敏化纳米薄膜太阳电池的研制水平处于国际领先地位，为进一步推动低成本太阳电
池在我国的实用化打下了牢固基础。

专利

国内外都公开了一些相关领域的专利，其中日本的专利数量最多。下面选取近几年部分专
利简单介绍。

北京大学 2002 年 5 月 22 日公开的 CN1350334 纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，
涉及一种纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，以宽禁带半导体纳米晶膜为基底，在该
基底表面吸附一层金属离子，再在金属离子吸附层上吸附光敏化剂。通过金属离子的表面修
饰，改善电极的光电转换性能，提高太阳能电池的光电转换效率。与单纯

TiO2 相比，基于

金属离子修饰

TiO2 纳米晶太阳能电池的光电转化效率提高了 5～14％，可作为电极广泛应

用于太阳能领域。