[科普中国]-电化学太阳电池

研究背景

随着工业的迅猛发展和世界人口的剧烈增长，环境污染日益严重，人类开始意识到开发新能源的需要。于是，太阳能作为新能源成为人们的首要选择。太阳能作为一种可再生能源，有取之不尽、功率巨大、使用安全等优点，因此，太阳能的开发利用引起了人类的重视，而太阳能电池是开发利用太阳能最有效的方法之一，太阳能电池也就由此产生。作为太阳能电池之一的电化学太阳电池引起独特的优势，此该类太阳能电池近年来发展较快。1

原理电化学太阳能电池的基础是光伏效应和电化学过程同时在半导体/电解液界面上发生,即所说的光电化学效应。

一般认为,产生这种效应的半导体/液体界面(即液体结)基本类似于半导体/金属结,形成肖特基势垒。液结太阳能电池主要由透明导电基片、多孔纳米晶二氧化钦薄膜、敏化剂、电解质溶液和透明对电极组成。当液结太阳能电池工作时，光阳极上的敏化剂(S)受光子的激发向半导体的导带释放电子，从而产生载流子;阴极从外电路中获得电子;电解质中的氧化还原可逆电对，例如I-/I2则通过氧化还原反应使阳极和阴极上的电子转移得以连续进行，周而复始地进行激发/氧化/还原这个循环，持续的光电流就由此产生。1

功能特点电化学太阳能电池是根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电器件，是伴随着半导体电化学发展起来的一个崭新的科学研究领域。特别是随着纳米半导体的发展，电化学太阳能电池成为研究热点。与其它类型太阳能电池相比，电化学太阳能电池不仅制作工艺简单、成本低及性能稳定，而且具有很好的发展前景。

它具有如下特点:低成本、长寿命、清洁性、安全性、广泛性、免维护性、实用性,资源的充足性、潜在的经济性、不存在两相接触的固相晶格不匹配、载流子在界面的复合速度低、光电转换效率高等。2

发展前景综上所述,电化学太阳能电池有以下特点:

(1)使用多晶材料也可有较高的能量转换效率;

(2)半导体/液体结容易形成,只要半导体插人电解液即可形成结,且接触紧密,均匀稳定,易于利用各种形式的多晶材料;

(3)可采用三电极设计自身解决贮能问题。这些特点对大幅度降低成本都是有利的。

但是由于使用液体电解质,也带来诸如半导体(特别是窄带隙半导体)电极的光电化学腐蚀,电解液的稳定性以及密封等一系列问题,而为解决这些问题所付出的代价必然会不同程度地抵销其自身优点所带来的益处。尽管如此,电化学太阳能电池的研究,作为有效利用太阳能的新尝试,仍具有诱人的前景,近年来很受重视,进展速度很快。尽管还有不少间题尚待解决,但随着固体物理学、半导体材料科学和电化学等的不断进展,这类电池达到实际使用水平也许为时不会太久。毫无疑义,电化学太阳能电池研究的不断深人和成功,也必将促进光电化学这门崭新的边缘学科向更成熟的阶段发展。3