米TiO2在太陽能電池方面的應(yīng)用

　　利用納米尺度的半導(dǎo)體材料如TiO2、ZnO、SnO2等作為太陽能電池的光電極的研究是世界范圍的研究熱點，其中納米TiO2由于光穩(wěn)定、無毒成為研究光電太陽能轉(zhuǎn)換電池使用最普遍的材料。

　　研究進(jìn)展

　　1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)校的BrianORegan和GraetzelM報道了一種以染料敏化TiO2納米晶膜作光陽極的新型高效太陽能電池，從而開創(chuàng)了太陽能電池的新世紀(jì)，世界上第一個納米太陽能電池誕生了。

　　但是利用液態(tài)電解質(zhì)作為空穴傳輸材料實踐中存在許多無法改進(jìn)的缺陷，如由于密封工藝復(fù)雜，長期放置造成電解液泄露，電池中還存在密封劑與電解液的反應(yīng)，電極有光腐蝕現(xiàn)象，且敏化染料易脫附等，研究者們以固態(tài)空穴傳輸材料取而代之制備出全固態(tài)納米太陽能電池，并取得可喜的成就。

　　1996年，Masamitsu等人利用固態(tài)高分子電解質(zhì)制備了全固態(tài)太陽能電池，利用特殊的制備方法獲得了高離子導(dǎo)電性的電解質(zhì)，得到了連續(xù)的光電流，并得到0.49％的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　1998年Graetzel等人利用OMeTAD作空穴傳輸材料得到0.74％的光電轉(zhuǎn)換效率，而其單色光光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了33％，引起了世人的矚目，使納米太陽能電池向全固態(tài)邁進(jìn)了一大步。

　　國際上的研究熱點之一是將單個液結(jié)TiO2納米太陽能電池串聯(lián)，以提高開路電壓。中科院等離子體物理研究所為主要承擔(dān)單位的研究項目在此領(lǐng)域取得重大突破性進(jìn)展，2004年10月中旬建成了500瓦規(guī)模的小型示范電站，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5%。這項成果使我國大面積染料敏化納米薄膜太陽電池的研制水平處于國際領(lǐng)先地位，為進(jìn)一步推動低成本太陽電池在我國的實用化打下了牢固基礎(chǔ)。

　　國內(nèi)外都公開了一些相關(guān)領(lǐng)域的專*，其中日本的專*數(shù)量最多。下面選取近幾年部分專*簡單介紹。

　　北京大學(xué)2002年5月22日公開的CN1350334納米晶膜太陽能電池電極及其制備方法，涉及一種納米晶膜太陽能電池電極及其制備方法，以寬禁帶半導(dǎo)體納米晶膜為基底，在該基底表面吸附一層金屬離子，再在金屬離子吸附層上吸附光敏化劑。通過金屬離子的表面修飾，改善電極的光電轉(zhuǎn)換性能，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。與單純TiO2相比，基于金屬離子修飾TiO2納米晶太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提高了5～14％，可作為電極廣泛應(yīng)用于太陽能領(lǐng)域。

　　東南大學(xué)2005年1月12日公開了CN1564326軟基固態(tài)染料敏化薄膜太陽能電池及制備方法。軟基固態(tài)染料敏化薄膜太陽能電池是一種成本低、制造工藝簡單、性能穩(wěn)定、理論上壽命可以達(dá)到20年以上的軟基太陽能電池，該太陽能電池的結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)，即：在透光導(dǎo)電聚酯片下設(shè)有TiO2納米晶膜，在TiO2納米晶膜下設(shè)有LnPc2敏化層，在LnPc2敏化層下設(shè)有固體電解質(zhì)層，在固體電解質(zhì)層下設(shè)有柔軟金屬膜背電極，在柔軟金屬膜背電極下設(shè)有高阻隔復(fù)合Al膜。

　　復(fù)旦大學(xué)2005年7月27日公開的CN1645632一種固態(tài)染料敏化納米晶太陽能電池及其制備方法，具體為一種采用離子液體與無機納米粒子之間的氫鍵相互作用形成的染料敏化納米晶表面組裝上固態(tài)電解質(zhì)作電解質(zhì)材料的太陽能電池及其制備方法。該太陽能電池中，在吸附光敏化劑的寬禁帶半導(dǎo)體納米晶膜的表面組裝固態(tài)電解質(zhì)來代替液體電解質(zhì)，解決了液體電解質(zhì)的封裝問題，而且在不明顯降低電池的光電轉(zhuǎn)化效率的前提下，能夠大幅度延長染料太陽能電池的使用壽命。其中的寬禁帶半導(dǎo)體納米晶膜為TiO2納米晶膜。中國科學(xué)院等離子體物理研究所就染料敏化納米薄膜太陽電池申請了多篇專*，其中2003年9月24日授權(quán)公告的3篇發(fā)明專*分別涉及到染料敏化納米薄膜太陽電池的電解質(zhì)溶液、電極制備方法、密封方法等，CN1444290公開的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，以A、B或B、F或A、B、F為主體組分，通過復(fù)配或不復(fù)配其它四個組分中的一個或幾個組分組成電解質(zhì)溶液，其中A組分—有機溶劑或混合有機溶劑；B組分—電化學(xué)可逆性好的I2/I-(即I3-/I-)氧化還原電對；C組分—光陽極的配合劑；D組分—碘化物中陽離子的配合劑；E組分—I2的配合劑；F組分—離子液體；G組分—紫外吸收劑。這種電解質(zhì)溶液，具有較高的電導(dǎo)率、較低的粘度、良好的電化學(xué)可逆性、良好的低溫穩(wěn)定性、較強的耐紫外線性能，能提高太陽電池效率，增加太陽電池壽命，本身性能穩(wěn)定，對環(huán)境無污染等優(yōu)點。

　　中國科學(xué)院等離子體物理研究所2005年9月7日公開的CN2724205大面積內(nèi)部并聯(lián)染料敏化納米薄膜太陽電池，包括有上、下兩面透明基板，透明基板上有透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜上有導(dǎo)電電極與催化劑層間隔排布，另一透明導(dǎo)電膜上導(dǎo)電電極與納米多孔半導(dǎo)體材料塊間隔排布，納米多孔半導(dǎo)體材料中浸漬有染料。將兩塊透明基板疊放在一起，周邊密封成腔體，腔體中有電解液。本實用新型制作電池內(nèi)部并聯(lián)電極，獲得所需要的該太陽電池輸出電流。電池密封功能好，保證了電池運行的長期穩(wěn)定性。本實用新型的技術(shù)和方法操作簡單易行，價格低廉，電池性能穩(wěn)定。

　　日本SEIKOEPSONCORP于2001年4月27日公開了JP2001119052半導(dǎo)體和太陽能電池及其制備方法。傳統(tǒng)的濕型太陽能電池在氧化鈦電極中包含染料，對于吸收波長非常敏感，但是由于TiO2會分解這