染料敏化Zno太阳能电池的发展历史与Zno光阳极的制备方法及特点

　　染料敏化Zno太阳电池的发展历史使用znO作为电极材料的时间要远比Ti0，早： 1969年Gerischer等u叫就已研究了染料敏化半导体单晶znO电极；1976年M砒su咖ra等¨川报道了染料敏化Zn0电极的光电性质；1980年还是Matsu砌ra 等¨2o采用多孔的znO作电极，在波长562nm处产生了2．5％的单色光转换效率。但是在随后的几年里，有关znO电极的研究并没有取得实质性的进展。直到染料敏化纳米晶Ti02太阳电池取得了突破性进展以后…，1994年Fitzmaurize等¨引采用钌的配合物c如_bis（thiocyanato）bis（2，2 7_bipyddyl．4，4． dicarboxylato），mthenium（Ⅱ）（简称为M）作为敏化剂，在波长520nm处获得13％单色光转换效率和 o．4％太阳能转换效率；1997年Ha小ldt等¨41报道了单色光转换效率达到58％，总的光电转换效率达到了2％的纳米晶znO太阳电池，这一成果使得人们看到了znO成为高效染料敏化太阳电池材料的可能性。此后无论是对znO太阳电池的制备工艺及光电转换效率，还是理论研究都取得了一定进展。 Hotchandani等u纠对znO太阳电池中的染料对光的收集效率、电子注入效率和电子收集效率进行了详细的研究。Ha加1dt等¨6’“1对电池的工艺条件如染料敏化时间、染料的种类、光谱学特征、膜厚和光强的影响进行了详细的讨论。2002年H啦ldt等¨副报道了迄今为止最高的znO太阳电池的光电转换效率为5％，但是这一转化效率是在低光强下（AM一 1．5，10mw／cm2）取得的。目前znO太阳电池在全太阳光（AM．1．5，100mw／cm2）下的最高光电转换效率是4．1％，是由Fu油ara等¨引实现的。 2005年znO太阳电池的研究取得了较大的发展b，舻26］。其原因是由于ZnO太阳电池越来越受到人们的重视，同时得益于zn0制膜方法的多样性。在这些电池中，由于引入直线电子传输理论，阵列 znO纳米线、棒、片和柱太阳电池心’27尤其引人瞩目。已有的研究结果表明：与纳米粒子相比，半导体纳米棒在电子传输中具有更优越的性能旧引。电子在垂直于导电基底的单晶阵列结构中传输具有极高的传输速率和最低损耗。在相同条件下，与znO纳米粒子相比较，用ZnO纳米线制备的光阳极具有更好的光电转换效率幢“。单晶半导体纳米线的引入，可以有效地降低纳米粒子之间电子传输的晶界势垒和电子传输的损耗，从而提高电荷传输能力，提高光电转换的效率，它已成为染料敏化电池光阳极材料新的研究方向。 3 Zno光阳极的制备方法及特点 3．1手术刀法和丝网印刷技术这两种技术是染料敏化纳米晶Ti（），太阳电池中最常用的技术，同样也适用于zn0太阳电池光阳极的制备。无论是这两种方法中的哪一·种，都是将不同的锌盐在不同的胺溶液中水解制得无定型znO 胶体n3，“’2…，随后进行低温老化处理，一般得到的是具有纤锌矿晶型的znO纳米粒子。水解法所得znO 纳米粉体受到pH值，前驱体的类型、浓度、化学组成，反应温度等诸多参数的影响。手术刀涂膜技术：将制备好的zn0纳米粉体加入到乙酰丙酮的水溶液之中，在研钵中研磨成粘胶体，边磨边加水稀释，加入曲拉通（％ton x．100）作为表面活性剂，然后将胶体用玻璃棒在导电玻璃上铺展均匀，二f燥后煅烧即可。丝网印刷技术：在高速搅拌下将znO纳米粉体和作为粘合剂的缩甲基纤维素分散在d一松油醇中，得到分散均匀的胶体，利用丝网印刷机将上述的胶体涂敷在导电玻璃上，干燥烧结后即可获得zno 光阳极。上述两种方法制备的zno光阳极膜的平整度较好，受znO颗粒大小的影响，膜的比表面积较小（低于20n∥m2），光电转换效率不高，最高为 2．5％