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第 24卷第 6期环境化学 Vol. 24, No. 6
2005年 11月 ENV IRONMENTAL CHEM ISTRY November 2005
染料敏化太阳能电池纳米 TiO2 制备及多孔电极膜研究进展
葛伟杰周保学张哲熊必涛郑青蔡伟民
(上海交通大学环境科学与工程学院, 上海, 200240)
摘要本文就目前在染料敏化太阳能电池产业化中急需解决的 TiO2纳晶制备、电极薄膜修饰与改进等热
点问题的最新研究进展进行了综合评述, 分析了存在的问题并提出了对策.
关键词纳米 TiO2太阳能电池, TiO2薄膜, 染料敏化, 溶胶凝胶.
3 二十世纪 90年代, Gratzel\ [ 1 \ ]等人提出的染料敏化纳米3二3 氧化钛太阳能2 电池以其原料低1 廉1和制
\ [ 2 \ ]
作简单等特点引起了人们极大的重视, 目前所报道的光电转换效率已达到了 11 18% . 纳米 TiO2
太阳能电池的研究逐渐成为太阳能电池研究的热点[ 3—6 ] , 并发展了包括液态电解质型、固态或半固态
电解质型以及使用非玻璃塑料导电基板的可绕型染料敏化纳米 TiO2 太阳能电池. 染料敏化纳米 TiO2
太阳能电池目前亟待解决的问题是光电转化效率因制备方法或制备工艺的不同而明显不同, 即使
Gratzel在同一时期相似的研究中也报道了光电转换效率差别明显的电池研究, 这严重地制约了染料敏
化纳米 TiO2太阳能电池的工业化生产与大规模应用. 造成这一问题的根本原因是由于不同条件下制备
的 TiO2纳晶、不同方法成膜的电极、不同结构的电极薄膜对光的吸收和存在的电子传输与电荷复合明
\ [ 7 \ ]
显不同. 通过改进 TiO2纳晶的制备方法, 优化 TiO2纳晶的结构、组成、粒径、形貌, 改进电极
成膜的方法, 修饰电极薄膜的表面结构能明显增强光的吸收, 降低电荷复合, 加快电子的传输.
本文围绕近年来国内外在上述研究方面取得的许多新的进展进行了综合评述, 分析了存在的问题
并提出了对策.
1 晶型和粒径可控的纳米 T iO2的制备
二氧化钛具有三种晶型, 锐钛型、金红石型、板钛矿型, 大量文献研究表明, 锐钛型 TiO2较金红
石型 TiO2有较好的光电转换效率, 这是由于电子在锐钛型 TiO2较金红石型 TiO2有较快的传输速率,
\ [ 2, 8 \ ]
采用金红石型 TiO2 , 或不纯的锐钛型 TiO2时, 往往难以获得较高的光电转换效率. 另一方面,
纳晶二氧化钛的粒径、形貌也直接影响着电池的光电转换效率, 粒径太小, 光的透过率降低而影响光
的吸收, 粒径太大, 虽然提高了光的透过率但却降低了光的有效吸收, 同时粒径的大小还影响着电解
质的传输. TiO2晶型完整与否影响着电荷复合中心的多少, 晶体不完整、晶粒较小, 晶体存在着缺
\ [ 2, 3 \ ]
陷, 有可能形成较多的电荷复合中心, 因此在 TiO2纳晶的制备中, 需要控制一定条件得到一定
粒径和晶型、晶体完整的纳米 TiO2.
\ [ 9 \ ]
目前制备纳米 TiO2的方法较多, 有溶胶凝胶法、 TiCl4水解法、电化学方法、模板组装技术
等, 但容易实