学文网摘 要：随着社会的不断发展，对于能源的重视程度不断增加。近年来，染料敏化太阳能电池的研究不断深入，它基于低廉的价格、较高的转换效率受到了广泛的关注。本文首先对染料敏化薄膜太阳能电池的基本原理进行介绍，并对结构进行初步分析，对国内染料敏化太阳能电池的研究进展，并对未来的使用前景进行预测。
关键词：染料敏化 薄膜 太阳能 电池 能源
中***分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0116-02
随着人类经济社会的不断发展，对能源的需求也不断增多，在过去的工业***时代以来，尤其是21世纪以来，全球对能源的消耗每年都不断增多，所带来的环境污染问题也不断严重，大气污染、水污染、核污染等时刻都在提醒着人们需要去寻找新的能源利用点。太阳能作为一种取之不尽的能源，在利用率转化方面效率非常高，而且使用成本低，不会产生任何的污染，在所有的地区几乎都可以得到广泛应用。将太阳能转化为电能是一种典型的湿化学学科，目前研究不断深入的梁料敏化薄膜为光阳极的太阳能电池，因为其光电转换效率高得到了广泛的关注。电解质结合薄膜制成固态电池，单色光电转换率达到33%。本文通过对染料敏化薄膜太阳能电池的原理与构造进行介绍，并对目前的研究进展与成果进行分析，对未来的研究趋势进行一定的预测。
1 染料敏化薄膜太阳能电池的工作基理与构造
染料敏化薄膜太阳能电池与以往的晶体硅太阳能电池相比，在很多个方面都存在着巨大的优势，首先它的成本更低，在环保、制作工艺方面更有优势，高光电转换效率更高。染料敏化薄膜太阳能电池的组成十分简单，只是通过几种部分组合而成。主要有导电玻璃、半导体氧化薄膜、电解质、敏化材料等组成。与植物的光合作用相似，光子对于光合膜作用的结果是在合膜内外制造一个电场，制造一种光与电相互变化的环境。电子通过光合膜内向外进行传送，光子不断作用，形成了内外电流。首先在结构中有半导体氧化薄膜，当光照在上面时，光照下的染料分子内部的电子将会受到刺激，开始进入到激发状态，变为氧化态，当不稳定的电子快速地进入到相邻导带上时，就可以瞬间在导电玻璃上进行聚集，不断向外电路来输送电路。对于失去电子的染料，将会从电解质中不断得到补偿，这时电解质内部的氧化-还原把空穴送到对电极，与电子完成一次完整地循环。电流损失的主要过程是激活态的电子导入半导体氧化薄膜导带。
2 染料敏化薄膜太阳能电池最新研究进展
2.1 电极材料研究进展
基于纳米晶多孔膜材料没有内部电场，允许电解质进入到电极内部，使电荷转移更快，它与致密膜的光电传输特性有着明显的区别。目前，应用较为广泛的是TiO2晶多孔膜材料，同时也对其他的宽带隙半导体材料开始了研究。TiO2的制造方法较多，有溶胶凝胶法、水热反应法等我达近十种，目前也只是在实验阶段，并未形成产业规划。TiO2的粒径、气孔率结构优势对于太阳能电池的光电效率转换十分有用。在TiO2的基础上，研究者还进行了离子掺杂，可以对TiO2电极材料的能带结构形成影响，有利于光电转化效率进一步提升，另外在TiO2纳米晶薄膜表面上复合其他的半导体薄膜，复合膜提高了电子的传输效率。
2.2 电解质研究进展
染料敏化薄膜太阳能电池电解液的主要作用是将电子输送给染料分子，把空穴传给对电极。电解液为透明的，并不会对染料吸收光形成阻碍作用，同时可以覆盖膜，有利于电荷的传输，具有良好的透光性能与高扩散系数。为了取代电解液作为空穴传输材料制备染料化全固体太阳能电池。目前电解质多为P型半导体材料，高分子材料将是重要的发展方向，凝胶电解擀虽然流动性好，光电转换效率高，但存在泄漏的问题是其最大的缺点。随着研究的不断深入，光电性能将会在固态电解质中向着传统的液态电解质方面大力发展，甚至突破。
2.3 3TiO2纳米薄膜制备方法
目前对于纳米薄膜的制备，多采用溶胶-凝胶法、电化学沉积法、化学气相沉积法。采用溶胶-凝胶法，使用的设备相对简单，在各种规格的形状上都可以形成涂层，获得的粒径分布更加均匀，负载膜催化剂易回收，在催化反应之后更容易处理。电化学沉积法容易受到电流、电位与电解质浓度的影响，同时溶液pH值与沉积温度的变化，也会对制备的薄膜性能与结构产生一定的影响，甚至会造成沉积层成分的变化。
3 国内对于染料敏化薄膜太阳能电池的未来研究趋势
目前针对染料敏化薄膜太阳能电池的研究还处于进步阶段，虽然有了一定的成果，但离成熟还距离很远。北京大学稀土材料化学实验室的多位专家在对染料的研究已经相当深入，对电极材料的优化也有很好的效果。另外，中科院孟波等人对染料敏化太阳能电池组件以及封装技术都进行了系统化的研究，为染料敏化薄膜太阳能电池产业化发展提供了基础保障。在未来一个阶段，针对纳米TiO2的制备与敏化染料的研究将会进一步深入，在固态电解质方面，研究其代替液态电解质将是今后的研究重点，固态将是未来的趋势，适应社会的不断发展，同时它也是染料敏化薄膜太阳能电池实用化的前提条件。最后，需要对电子的导入与传输的内部运转进行深入研究，通过一定的方法使得电池进一步优化，设计出更有利于光吸收的太阳能电池，实现实用化与产业化。
4 结语
染料敏化薄膜太阳能电池的成本非常低，制作工艺相对简单，更易实现产业化方面发展，这是相对于其他太阳能电池的优势所在，但从研发阶段到实用阶段还需要很长的一段路要走，在未来，将会集中于解决提高电池的光电转化率、高效固态电解质、光感材料的探索方面的问题。随着科学技术的不断进步，染料敏化薄膜太阳能电池的前景将会更加广阔，弥补其他能源带来的环境污染问题。
参考文献
[1] 梅翠玉，王小平，王丽***，等.染料敏化太阳能电池的研究进展[J].材料导报，2011（13）：148-152.
[2] 孙旭辉，包塔娜，张凌云，等.染料敏化太阳能电池的研究进展[J].化工进展，2012（1）：47-52，111.
[3] 胡滨，刘国***，张桂霞，等.染料敏化太阳能电池中电解质的研究进展[J].化工新型材料，2009（9）：14-17.
[4] 周娴，潘华锦.染料敏化纳米薄膜太阳能电池[J].染料与染色，2010（4）：9-16.
[5] 林原，周晓文，肖绪瑞，等.固态染料敏化二氧化钛纳晶薄膜太阳能电池的研究进展[J].科技导报，2006（6）.
转载请注明出处学文网 » 染料敏化薄膜太阳能电池的研究进展