1.1太阳能概述

进入21世纪，伴随着人类文明的进一步发展、世界人口的剧烈增长，引发的能源危机和环境污染成为亟待解决的严重问题，使人类对清洁新能源的开发利用有了更大的需求。太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源所不可比拟的优点：取之不尽、用之不竭；不会造成生态环境污染；成本较低、功率巨大等。太阳能电池是开发利用太阳能最有效的方法之一，目前已经商业化的硅太阳能电池，由于对材料的纯度要求较高，工艺复杂，成本昂贵，限制了它的普及和广泛应用。而2O世纪9O年代发展起来的染料敏化太阳能电池具有廉价、高效、制作工艺要求低、寿命长的优点，迅速成为广大科学工作者研究的热点和重点，对它的研究将有利于缓解当今能源危机和环境污染的问题，具有非常重要的现实和长远意义。

1.2 染料敏化太阳能电池的研究和发展

1.2.1 染料敏化太阳能电池的基本结构

染料敏化太阳能电池主要由导电玻璃，二氧化钛多孔薄膜，染料敏华剂，电解质和Pt电极几部分组成。这其中，由导电玻璃，二氧化钛多孔纳米薄膜和染料敏化剂组成的部分称之为光阳极，Pt电极一般称为对电极。

（1）光阳极：目前一般采用在透明的导电玻璃（TCO）上制备纳米半导体多孔膜，之后通过染料敏化后成功制成染料敏化光阳极。

TCO一般是指在普通的玻璃上通过物理或者化学镀膜方法镀一层透明的金属氧化物导电薄膜，如掺F（或掺Sb）的氧化锡，或是氧化铟锡，其方阻一般在10欧姆左右，透光率至少在85%以上。

染料敏化太阳能电池的核心是多孔半导体膜，膜的性能对太阳能电池能量转换性能有决定性的影响。半导体氧化物薄膜通常必须具有较大的比表面积和丰富孔隙，便于吸附染料，并且是染料与电解质紧密接触，保证电荷的有效分离，避免电荷发生符合。制备光阳极的方法主要有一下一些：化学气相沉积法，粉末烧结法，等离子体喷涂法及丝网印刷法等。目前国外有文献报道光阳极可用不同粒度和形貌的材料做成多层结构，与电解质接触的为较大的颗粒，用于折射光和反射光，而与导电电极接触的则是较小的颗粒，用于吸附更多的染料，这种多层结构的光阳极据报道有更好的能量转换效率。目前，应用最广的半导体多孔膜材料是TiO2[1],其他半导体材料如SnO2[2-3],ZnO2[4-5]，WO3[6]等也有研究，TiO2以其综合性能最为优越成为半导体薄膜最常用的材料。

染料分子是染料敏化太阳能电池捕获光的重要部分，染料性能是电池的能量转换效率的决定性因素。目前染料分子一般包括天然染料和人工合成染料两大类。人工合成染料则包含钌基多吡啶配合物[7]，卟啉配合物[8]和酞菁配合物[9]等。现在一般公认钌基多吡啶配合物是目前应用最为广泛的，效果最好的染料，如N719，N3染料[10-11]。

（2）电解质：目前电解质分为液态电解质[12]，准固态电解质[13-14]和全固体电解质三大类，其中固体电解质又可分为凝胶电解质和聚合物电解质。从效率的角度考虑，液体电解质由于其扩散速度较快，组成成分易于设计和改变，对多孔膜的渗透性好等优点，使用其制作的染料敏化太阳能电池具有较高的能量转换效率，但是它也有不可克服的缺点，如易挥发，较昂贵，封装工艺复杂等。目前最常用的液体电解质为I-/I3-有机溶剂，准固态电解液也成为了研究热点。