TiO2應用于染料敏化太陽能電池

徐慷

【摘 要】染料敏化太陽電池因具有使用壽命長、易于制造、光電轉換效率高， 比傳統太陽電池成本低廉等優點，成為新一代太陽電池的研究熱點。TiO2更是DSSC光陽極的主要材料。本文簡單介紹了染料敏化太陽能電池的原理，以及TiO2納米空心球的應用。

【關鍵詞】TiO2；空心球；染料敏化；太陽能

0 引言

太陽能電池中非晶硅太陽能電池是目前普遍的太陽能電池，但是由于成本較高、投資商投資回收較慢，不方便普及推廣。因此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進行探索，自從Gratzel博士首次成功研制納米TiO2太陽能電池至今，納米TiO2太陽能電池掀起廣泛研究熱潮。染料敏化太陽能電池（DSSC）是一種新一代太陽能電池。由于制作方法簡單、成本便宜和結構穩定，無毒無害對環境無污染，有著很好的開發前景。能夠解決當今社會能源，以及污染的主要問題。染料敏化太陽電池因具有使用壽命長、易于制造、光電轉換效率高， 比傳統太陽電池成本低廉等優點，成為新一代太陽電池的研究熱點。我們可以將TiO2制備成納米空心球結構來獲得更大的比表面積，TiO2空心球表面能夠吸附更多的染料分子，只有緊密吸附在空心球表面的染料分子將會提高他的敏化效率。

本文研究的TiO2空心球球密度小，比表面積較大，捕光效率較高，顯著提高了光的吸收效率。

1 DSSC的結構及工作原理

DSSC的結構組成：由TiO2納米空心球、電解質、染料、FTO、鉑薄膜等構成。TiO2納米空心球匯集在FTO玻璃板上成為染料敏華電池的正極。負極是在FTO玻璃上鍍金屬鉑薄膜。敏化染料吸附在TiO2納米空心球表面上。電解質我們一般取用I3/I-。DSSC工作原理如下圖所示：

染料敏化太陽能電池（DSSC）在陽光下的反應過程，以及工作原理，都表現在圖1中。通過染料以及電解質的氧化還原反應而產生電子，反應發生在二氧化鈦的表面。二氧化鈦從中起到一個催化劑的作用。

具體過程可以用以下的式子表示：

染料（S）+hv→染料*（S*）

S*+TiO2→e-（TiO2導帶）+氧化染料（S+）

S+ + 3I-→S+I3-（染料還原）

I3-+2e-（陰電極）→3I-（電解質還原）

I3-+2e-（TiO2導帶）→3I-（暗電流）

2 TiO2納米空心球的制備

制備納米TiO2空心球的方法有很多，本篇文章中我們采用模板法制作TiO2空心球。先用葡萄糖水熱法制作碳球，以碳球為模板。因為碳無毒，無害，燃燒后無雜質，且葡萄糖價格便宜，取材方便是最好的模板材料。制備好的碳球收集干燥。

我們以溶膠-凝膠法，在碳球的基礎上包覆鈦酸丁酯，加熱條件下勻速攪拌，使碳球均勻包覆，控制過程反應緩慢進行。最終將產物放進馬弗爐里高溫退火，由于碳模板經過高溫燃燒后，變成二氧化碳氣體消失。所以產物為白色的TiO2納米空心球。

3 總結

染料敏化太陽電池因具有使用壽命長、易于制造、光電轉換效率高， 比傳統太陽電池成本低廉等優點，成為新一代太陽電池的研究熱點。TiO2更是DSSC光陽極的主要材料。制作中使用的模板碳，無毒無害。所以整個制作過程綠色環保無污染，具有很好的發展前景，未來染料敏化太陽能電池將會取代傳統的非晶硅太陽能電池。

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