隨著傳統不可再生能源的日趨枯（kū）竭和工業化社會的不斷發展，新（xīn）型能源受到（dào）了越（yuè）來越多的（de）研究關注。太陽（yáng）能作為一（yī）種清潔可再生能源，取之不盡，用（yòng）之不竭，合裏地開發利用太陽能成為當前國內外（wài）研（yán）究者們的研究熱點。發展新型太陽能電池材料與（yǔ）高性能器件是大規模發展（zhǎn）太陽能電池的關鍵，也是這一領（lǐng）域研究的重點和難（nán）點之一。太陽能電池主要（yào）分為染料敏化太陽（yáng）能電池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)與量子點敏化太陽能電池 (quantum-dot sensitized solar cells，QDSSCs)兩種。DSSCs 主要由敏化的光陽極、對電極和電解（jiě）液三部分組成。在（zài） DSSCs中，常用的光吸收劑主要是有機染（rǎn）料，如以金屬（shǔ）釕（liǎo）(Ru)為配位的有機染料 N719[二(四丁基銨)-雙(異硫氰基)雙 (2,2'- 聯吡（bǐ）啶 -4,4'- 二羧基)釕(II)]、N3[雙(異硫氰基)雙(2,2'- 聯吡啶基 -4,4'- 二羧基)釕(II)]，以及葉綠（lǜ）素中的主要成分卟咻等。通（tōng）過將染料吸附於光陽極材料上，可以增強電池對（duì）光子的捕獲能力。QDSSCs 是將 DSSCs 中的有（yǒu）機染料取代為具有一定光吸收（shōu）能力的無機量子點材（cái）料，並采用多硫電解質體係（xì）和金屬硫化物對電極組裝而成的一類太陽能電池。作為敏（mǐn）化太陽能電池的重（chóng）要組成部分，光陽極的性能決（jué）定了電池的效率。

納米TiO2是目前性能最為優良的 DSSCs 光陽（yáng）極材料。複合結構的引入（rù）能有效增加陽極（jí）膜（mó）的表麵麵（miàn）積，且由於其多級的光散射作用，有利於（yú）提高光的收集效率;同時，薄膜中引入複合結構，為（wéi）電子提供了快速、方（fāng）便的傳輸通道，從而能夠有效改善電池的性能（néng）。因此，複合結構TiO2光陽極的製備是（shì）非常重（chóng）要的研究發（fā）展方向。Du等使用表麵活性（xìng）劑 P123 和聚苯（běn）烯球雙模板技術，合成了多級有序的（de）大孔/介孔 TiO2薄膜，並將其與 P25 多孔薄膜複合，形成雙層結構的 DSSCs光陽極。大孔/介孔 TiO2薄膜層（céng）的引入，有效地提（tí）高了光陽極對太陽光的（de）散射以及捕獲能力，從而（ér）提高了（le） DSSCs 的光電轉化效率，與使用單一 P25 光陽極的 DSSCs相比，雙層TiO2 結構的 DSSCs 所產生的短路（lù）光電流密度從 7.49 mA/cm3上升（shēng）到了10.65 mA/cm3，開路（lù）電壓從0.65V 提高到了0.70V。在太陽光強度為 AM1.5(AM：air-mass，指光線通過大氣的實際距離比上大（dà）氣的垂直厚度)時（shí）所測（cè）得的光電轉化效率（lǜ）表明，雙層TiO2結構的 DSSCs 的光電轉化效率為（wéi） 5.55%，比單（dān）層P25 結構的DSSCs 的光電轉化效（xiào）率提升（shēng）了（le） 83%。Zhu 等合成了氧化鈦納米棒- 納米顆粒複合介孔結構（gòu），作（zuò）為染料敏化太陽電池（chí）的光陽極，這種結構材料（liào）的光伏轉換效率（lǜ）達到2.51%，在 TiCl4表麵處理後其轉換效率進一（yī）步提高到 3.25%，遠高於純氧化鈦納米棒的 1.11%。Park 等通過溶膠-凝膠支連（lián）法製備了 TiO2微球多級孔電極，與普（pǔ）通（tōng）的 TiO2納米晶（jīng）薄膜電極 (2.4%)相比，轉（zhuǎn）化效率大（dà）幅提高至 3.3%。Cho 等采用膠體顆粒作為介孔模板及平板印刷形成大孔的雙模（mó）板方法，製（zhì）備了大孔 - 介孔電極，其光電性能為 5.0%。Hwang 等采用靜電噴霧技術合（hé）成了多（duō）級介孔 TiO2微球電極(圖13-7)，電極的（de）轉換效率超過 10%。為了更好地提高多級孔TiO2光陽極的光電轉換效率，Yu 等采用自組裝的方法製備了多級“大孔- 介孔”TiO2薄膜，其光電轉（zhuǎn）換效率達到了 6.7%。針對現階（jiē）段多級結構微米球內（nèi）孔徑調（diào）控和微米球中顆粒尺寸及吸附能力之間的矛（máo）盾（dùn）問題，在（zài）微米球製作過程中不需要借（jiè）助（zhù）模板劑的條（tiáo）件下，Ding 等（děng）簡單地通過控製乙醇、去離子水和氨水（shuǐ）的摩爾比，調（diào）節了TiO2微米球的形貌、球內孔徑分布及納米顆粒的結晶性。更為重要的是，該方法（fǎ）克服了目前為了增加微米球內孔徑尺寸，不可避免地要（yào）“犧牲”微米球比表麵積，進而降低（dī）微米球吸附能力的（de）難題，將基於微米（mǐ）球的多孔薄膜比表麵積可控在 110 m2/g以上，微米球內平均孔徑直徑由 10 nm 提高到16 nm 以上，從（cóng）而可實現整個微米球內染（rǎn）料分子的全吸（xī）附和電解質的快速擴散。基於這種結構的亞微米球染料敏化太陽能電池光（guāng）電轉換效率達到（dào）了 11.67%。

ZnO 是一種性能優異的環保半導體（tǐ）材料，具有合成原材料來源豐（fēng）富、製備條件簡單（dān）、形貌結構易調控（kòng）等優點，被廣泛應用於能源、信息、環境等領域。在DSSCs/QDSSCs 中，ZnO 通常被（bèi）用作（zuò）光陽極材料，負（fù）載光吸收劑，同時接收和傳輸電子。利用其結構易控製的優點，一係列不同的 ZnO 納米結構，如納（nà）米球、納米線、納米片或納米花等被用於（yú）敏化太陽能電池的光陽極，極大（dà）地提高了敏化太陽（yáng）能電池的性能。Tian 等通過（guò）將 ZnO 種子溶液（yè）塗覆在氧化錫銦 (ITO)玻璃上，使得（dé） ZnO 納米棒（bàng） (ZnO NRs)可以生（shēng）長在ITO的表麵，然後再將其浸入用於製備ZnO納米片(ZnO NSs)的前驅（qū）體（tǐ）溶液中（zhōng），使 ZnO NRs 表麵被 ZnO NSs 覆蓋，最終得到了沉積 ZnO NRs-NSs 結（jié）構的 QDSSCs的光陽極。混合結構的 ZnO NRs-NSs的比表麵積(31.5 m2/g)要明顯大於單一 ZnO NRs 結構的(14.3 m2/g)，說明 ZnONRs-NSs 結（jié）構對增加QDs 的沉積量有明顯的促進（jìn）作用。Zhang 等製備的ZnO聚集體，通過持續的加熱攪拌（bàn），在溶液中直接（jiē）合成了由直徑 15 nm 的顆粒聚集而（ér）成的、直徑為 100~500 nm 的聚集體，由其製得的DSSCs 的光電（diàn）轉換（huàn）效率（lǜ）可以達到 5.4%。在此（cǐ）基礎（chǔ）之（zhī）上，Ko等通過單一的納米線結構製備出複雜的（de）納米（mǐ）樹形(nanotree)結構，由此製得多級納米（mǐ）森林 (nanoforest)形貌的光陽（yáng）極膜(圖13-8)，很（hěn）好地彌補了納米線比表（biǎo）麵積低的不足。同時，使得光（guāng）陽極電子（zǐ）複合機會進一步減小，所製備的基於 ZnO 納米森（sēn）林結構的（de）電池光電效（xiào）率達到了普通納米線結構電池的 5 倍以上。除了使用化學合成方法製備（bèi）具有較大比表麵積的（de） ZnO 多級複合結構，Xie 等（děng）采（cǎi）用電沉（chén）積的方式直接（jiē）在ITO 玻璃上製備出了 ZnO納米材料，並且通過調節製備（bèi）合成原（yuán）料（liào） ZnCl2的濃度，控製了 ZnO 材料的結構（gòu）。當 ZnCl2溶液增加至（zhì）一定濃度後，ZnO 從納米棒結構轉變為納米（mǐ）片結構，並進一步形成 3D的NS網絡結構，成（chéng）功提高了 DSSCs 的效率(NR 結構的 PCE = 1.15%，3D 結構的 PCE =1.59%)，其電池性能的提高主（zhǔ）要歸功於片狀結構對比表麵積的增（zēng）加作用。在電池效率的提高（gāo）方麵（miàn），Kilic 等通（tōng）過水（shuǐ）熱法製（zhì）備的 ZnO 納米花 (nanoflowers，NF)結構也表現優異，DSSCs 的效率（lǜ）達到了 5.119%。ZnO NF 結構規整，每一個NF 顆粒都擁有眾多（duō）的枝（zhī）杈，這些枝杈一方麵極大地增加了（le）比表麵積，另一方麵也是電子傳遞的通道，與相同實驗條件下製得的 ZnO 納米線光陽極電池(PCE = 2.222%)相（xiàng）比，其性能更（gèng）為（wéi）優異。

此外，Jiang 等設計製備出了由 ITO 納米線芯層與（yǔ） Cu2S 納米晶殼層組裝（zhuāng）而成的ITO@Cu2S 納米線陣列，使用這種具有三維導電網絡結構的材料製備的QDSSCs 表現出優於傳統材料的優異性能（néng）。通過（guò）優選 Cu2S 納米晶殼層的構築方法深入研究其組裝結構中 ITO 納米線芯層與 Cu2S 納米晶層間界麵對電池性能的影響，進一步提高了電池（chí）的轉換效率。在（zài）此基礎上，通過網絡化多級組裝設（shè）計，在ITO@Cu2S 納米線陣列結構基礎上進行了二級（jí）和三級結構的組裝，進一步使基於這種對電極（jí）材料的 QDSSCs 的轉換效率提升至（zhì） 6% 以上。這種新型（xíng）對電極材料在電池運行時（shí）可有效形成隧道結，通過降低器件的串聯電阻，提高並聯電阻以及填充因子，大（dà）大提高了（le）電池的轉換效率，而且解決了傳統金屬銅/硫化亞銅易脫（tuō）落、無法穩定工作的難題（tí）。

 如果（guǒ）您想了解更多關（guān）於【新能源中（zhōng）的太陽能怎麽存儲和發（fā）電】，可（kě）以（yǐ）聯（lián）係我們的在線客服（fú）為您詳細解答。