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二氧化钛纳米管在染料敏化太阳能电池中的应用 摘要：世界能源危机引发了人们对能源储存和能源转换研究的重视。染料敏化太阳能电池因其高光电转化率、无污染、便宜等特点受到越来越多研究者们的关注。本文综述了二氧化钛纳米管作为电极材料在染料敏化太阳能电池中的应用，总结了这一研究领域的最新研究结果，并对利用二氧化钛纳米管复合体系提高染料敏化太阳能电池光电转化率进行了展望。 关键词：染料敏化太阳能电池；二氧化钛纳米管；阳极氧化；光电转化率 Application of TiO2 Nanotubes in Dye-Sensitized Solar Cell Abstract: World energy crisis has triggered more attention to energy saving and energy conversion system. Dye-sensitized solar cells are among the applications of great interest since they are high light-to-electricity conversion efficiency, pollution-free and low-cost. The present article reviews the current status of using TiO2 nanotubes in dye-sensitized solar cells and extends the overview with the latest results and findings. The further proposals of using mixed TiO2 nanotubes systems in enhancing the light-to-electricity conversion efficiency of dye-sensitized solar cells are also given. Key words: dye-sensitized solar cell; TiO2 nanotubes; anodization; photon-to-electron conversion efficiency 1 引言 世界能源危机引发了人们对能源储存和能源转换研究的重视，开发可再生能源以支持经济的继续发展迫在眉睫。利用太阳能电池将太阳能转换为电能是一项极具前景的可再生能源技术，它在解决人类未来将面临的不可再生能源枯竭问题上极具潜力。传统的太阳能电池半导体材料，如：Si、CdTe和CuIn1-xGaxSe2[1]，虽然实现了太阳能电池的高光电转换率，但是存在环境污染和成本高等问题。染料敏化太阳能电池 (DSSC) 兼具环境友好、低成本的优点，是传统太阳能电池合适的替代产品。 1991年，Gratzel和O Regan[2]在《Nature》上首次报道了利用TiO2纳米结晶多孔薄膜光电极材料制备高效低成本的Gratzel型太阳能电池，即染料敏化太阳能电池。典型的DSSCs是通过电解质中的氧化还原体系实现空穴传输的，它的主要组成包括：染料敏化的TiO2纳米多孔半导体薄膜、导电基底、铂对电极、电解质溶液[2]。在此研究基础上，人们继续探究强化DSSC工作性能的方法和技术[1,3-6]。传统DSSCs的电解质为碘化物/三碘化物氧化还原体系组成的有机液体电解质，存在严重的耐久问题，如：电极腐蚀、电解质渗漏等。Chung等[1]报道了一种新型的全固体无机太阳能电池。这种体系由染料N719敏化n型纳米多孔TiO2和p型直接能带半导体CsSnI3材料组成，它的光电转化率约为10.2%，并理论推算出这种全固体染料敏化太阳能电池的光电性质有很大提升空间。传统纳米结晶多孔薄膜由纳米粒子形成，存在电子传输速率慢的问题，新型的纳米结构[3-6]，如：纳米线[3]、纳米棒[5]、纳米管[6]增大了比表面积、改变了电子输送机制，可进一步提高DSSC的光电转化率。 TiO2多孔纳米材料因其具有优异的光电性质[7]，在光催化[8]、光电化学储能[9-12]领域有广泛应用前景。典型的Gratzel型DSSCs采用的是TiO2纳米粒子，2005年首次报道了TiO2纳米管在DSSCs中的应用[13]。用TiO2纳米管代替TiO2纳米粒子减少了电子-空穴复合可能性并提供了有方向的电子运输途径[14]。相比单一TiO2纳米管体系，复合TiO2纳米管体系具有更优异的光电性能而获得了目前广泛的研究[8]。 2 TiO2纳米管在DSSC中的应用 2.1 DSSC及其工作原理 典型的DSSC的工作原理示意图如下图1a[8]所示。DSSC主要由