SnO2∶Zn纳米晶光阳极对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

于翠玲，朱瑞滨，林 珊，武 凤，乌大坤，赵海发，常 亮

(1．哈尔滨工业大学 物理学院，黑龙江 哈尔滨 150001； 2．长春希达电子科技有限公司，吉林 长春 130103)

1 引 言

随着社会对可再生能源需求的日益增长，太阳能电池开发利用越来越引起世界各国的重视。在过去的二十多年里，染料敏化太阳能电池因其高性价比而被广泛研究[1-5]。作为染料敏化太阳能电池关键组成部分，宽禁带半导体金属氧化物扮演着两个重要角色：染料分子载体和光注入电子的输运体。目前报道的高功率转换效率的染料敏化太阳能电池所使用的光阳极都是基于介孔TiO2纳米晶的光阳极[6-9]。而其他金属氧化物，如ZnO、SnO2和Nb2O5，作为潜在的TiO2替代者也已被研究[10-14]。与TiO2相比，SnO2具有更高的电子迁移率(100～200 cm2·V-1·s-1)[15],有利于光注入电子快速传输到电流集流体上。此外，由于SnO2有更宽的带隙(3.6 eV),其价带有较少氧化性空穴，能够减少紫外线对染料分子的降解，进而提高染料敏化太阳能电池的长期稳定性[16]。

然而，与TiO2基染料敏化太阳能电池相比，SnO2基染料敏化太阳能电池功率转换效率仍很低。其原因是：(1)相对于TiO2导带边，SnO2导带边正偏移～300 mV，这会导致光注入电池与电解质快速电子复合，进而影响电池的开路电压(Voc)[17]；(2)SnO2等电点(pH 4～5)低于TiO2等电点(pH 6～7)[18]，不利于带有羧酸官能团的染料分子的吸附。为了解决这些问题，研究者们通过对SnO2元素掺杂和/或表面包覆的方法来抑制电子复合和提高染料分子在光阳极的担载量，进而提高SnO2基染料敏化太阳能电池的功率转换效率[19-22]。……