ZnO基染料敏化太阳电池研究进展

林星星

上海电机学院数理教学部，上海 200240

0 引言

与传统能源相比，尽管硅基太阳电池光电转换效率可以达到21%，制造工艺比较成熟，但由于其生产成本较高，还难以广泛应用。染料敏化太阳电池（Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC）具有成本低廉，制作工艺简单及性能稳定等优点，自1991年M Gratzel教授首次报道基于纳米多孔TiO2薄膜转换效率可达7.1%的DSSC以来，基于半导体材料的DSSC逐渐成为太阳电池研究的热门领域之一，当然包括ZnO基材料[1]。

ZnO作为直接宽禁带半导体，具有与TiO2相似的能级结构和物理性质，因此ZnO基DSSC只需把电极材料由TiO2换成ZnO，而采用相同的染料和电解液材料。与TiO2相比，电子在ZnO薄膜中的迁移率远大于TiO2薄膜，因而可以减少电子在薄膜中的输运时间，减少电子的复合几率，获得良好的电池性能。此外ZnO的易结晶性和各向异性生长的特点，可以通过不同可控生长方式获得具有特殊的光电性质的纳米结构。特别的，最近对于ZnO基DSSC研究传递出很多新的观点，从而加深人们对于基于光电化学能量转化的理解，反过来促进个TiO2基DSSC的发展。

尽管目前ZnO材料DSSC最高电池效率只有6%～7%，远低于TiO2材料的11.3%，研究表明控制材料纳米结构，染料成分，电解液浓度，敏化时间等是影响电池性能的关键问题。考虑到表面效应，量子限制效应及声子局域化效应，不同的纳米结构会具有一些独特的电子输运和光输运性质，因此本文就不同ZnO纳米结构DSSC研究进展作一个综述。

1 基于ZnO薄膜的DSSC

对于DSSC来说，作为光电极的材料首先应该具有大的内表面面积来吸附足够多的染料分子。……