1、1991年在年在Nature發(fā)表的論文發(fā)表的論文技術(shù)突破：在光電極上引入多技術(shù)突破：在光電極上引入多孔二氧化鈦層孔二氧化鈦層轉(zhuǎn)換效率：轉(zhuǎn)換效率：7.1%2010年年最高轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)換效率換效率突破突破12%染料敏化太陽電池的結(jié)構(gòu)典型染料敏化太陽電池組成：典型染料敏化太陽電池組成：（1）光電極：）光電極：TCO+多孔二氧化鈦層多孔二氧化鈦層（2）敏化劑：染料）敏化劑：染料(N719/N3)+溶劑溶劑（3）電解質(zhì)：）電解質(zhì)：I-/I3-(LiI/I2)+溶劑溶劑（4）對電極：）對電極：TCO+Pt催化層催化層染料敏化太陽電池的工作原理電荷分離機(jī)制由由內(nèi)建電場內(nèi)建電場實現(xiàn)電荷分離實現(xiàn)電荷分離半導(dǎo)體材料即

2、參與電荷分離，又參半導(dǎo)體材料即參與電荷分離，又參與光子捕獲與光子捕獲P-N結(jié)太陽電池結(jié)太陽電池染料敏化太陽電池染料敏化太陽電池由光合作用過程的由光合作用過程的動力學(xué)競爭動力學(xué)競爭實現(xiàn)電荷分離實現(xiàn)電荷分離半導(dǎo)體材料僅參與電荷分離，不參與光子捕獲半導(dǎo)體材料僅參與電荷分離，不參與光子捕獲目前從事染料敏化太陽電池研究的國家主要包括：澳大利亞、瑞士、德國、日本、美國、中國、英國等無論從專利的申請數(shù)還是論文的發(fā)布數(shù)，日本最為活躍。日本最為活躍。中國在染料敏化太陽電池的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化研究上都與世界研究水平相接近中國對染料敏化太陽電池研究的貢獻(xiàn) 新思路、新方法新思路、新方法 如中國科學(xué)院物理所孟慶波課題組孟

3、慶波課題組提出的環(huán)境友好的復(fù)合電解質(zhì)；清華大學(xué)林紅課題組林紅課題組提出的新型高效低成本疊層柔性薄膜太陽電池等 材料制備及合成材料制備及合成 在染料合成技術(shù)、納米半導(dǎo)體薄膜研究、電池密封和電極研制上也取得一定的成果，如中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所 王鵬課題組王鵬課題組在新型染料研究和離子液態(tài)電解質(zhì)上取得突破，實現(xiàn)自主研發(fā)染料C101，效率達(dá)到11，基于混合離子液態(tài)電解質(zhì)電池的效率達(dá)到8.2 太陽電池組件太陽電池組件 大面積電池組件(40 x60 cm ) 轉(zhuǎn)換效率達(dá)5.7%；中科院等離子體物理研究所戴松元課題組戴松元課題組建成的國內(nèi)首個500瓦染料敏化納米太陽電池示范電站，轉(zhuǎn)換效率5%中國國家重

4、點基礎(chǔ)研究計劃和納米專項中國國家重點基礎(chǔ)研究計劃和納米專項(973項目項目)先后三次對染料敏化太陽電池進(jìn)先后三次對染料敏化太陽電池進(jìn)行立項，先后在基礎(chǔ)科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)問題上取得突破：行立項，先后在基礎(chǔ)科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)問題上取得突破：2.染料敏化太陽電池的特點及應(yīng)用 材料成本較低、制備工藝簡單 轉(zhuǎn)換效率隨溫度上升而提升不同于硅基太陽電池 電池兩面均可以吸收光有利于吸收散射光 制備出半透明或不同顏色的電池裝飾功能強(qiáng) 質(zhì)量輕以及可制成柔性器件便于攜帶 能源回收期較短小于1年 較高的轉(zhuǎn)換效率最高轉(zhuǎn)換效率超出12%（數(shù)據(jù)來源：2008年M. Grtzel教授的演講教授的演講）Roll-to Roll

5、 技術(shù)技術(shù)太陽電池盆景太陽電池盆景通過調(diào)整敏化劑顏色獲得的太陽葉通過調(diào)整敏化劑顏色獲得的太陽葉太陽電池背包太陽電池背包染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池的特點Roll-to Roll制造技術(shù)制造技術(shù)染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池的特點轉(zhuǎn)換效率隨溫度上升而提升轉(zhuǎn)換效率隨溫度上升而提升染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池作為裝飾品做出的“Power Dressing”染料敏化染料敏化太陽電池太陽電池裝飾功能裝飾功能染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池制成的染料敏化太陽電池制成的“太陽葉太陽葉”太陽葉結(jié)構(gòu)太陽葉結(jié)構(gòu)通過調(diào)整敏化劑顏色獲得的太

6、陽葉通過調(diào)整敏化劑顏色獲得的太陽葉染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池制成的手機(jī)充染料敏化太陽電池制成的手機(jī)充電器電源電器電源質(zhì)量輕、便于攜帶質(zhì)量輕、便于攜帶染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池的特點染料敏化太陽電池在軍染料敏化太陽電池在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用（美國）事領(lǐng)域的應(yīng)用（美國）染料敏化太陽電池在汽車上的應(yīng)用染料敏化太陽電池在汽車上的應(yīng)用染料敏化太陽染料敏化太陽電池制半透明電池制半透明汽車擋板汽車擋板染料敏化太陽電池作為屋頂?shù)膽?yīng)用染料敏化太陽電池作為屋頂?shù)膽?yīng)用染料敏化太陽電池作為幕墻的應(yīng)用染料敏化太陽電池作為幕墻的應(yīng)用染料敏化太陽電池在野外帳篷的應(yīng)用染料敏化太陽電池在

7、野外帳篷的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化情況 1991年染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率實現(xiàn)飛躍式的提升 1992年至1999年間，以德國光伏研究所(INAP)和澳大利亞STI公司為典型的產(chǎn)業(yè)化研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化前期的探索性研究產(chǎn)業(yè)化前期的探索性研究 2001年澳大利亞STI公司建立了世界上首條染料敏化太陽電池中上首條染料敏化太陽電池中試線試線 2003年澳大利亞Dyesol-STI公司完成200 m2 染料敏化太陽電池顯示屋頂，集中體現(xiàn)了未來工業(yè)化的前景 2004年底，中國科學(xué)院等離子體物理研究所建立了500 W 染料敏化太陽電池示范系統(tǒng)，并保持長期有效的運行，為今后實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化打下了基礎(chǔ) 2009年英國G24i 在

8、全球推出首批商品化染料敏化太陽電池組件首批商品化染料敏化太陽電池組件，其生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為30百萬瓦 G24 Innovation （UK）產(chǎn)品20042004年由中科院等離子體物理研究所建成的國內(nèi)年由中科院等離子體物理研究所建成的國內(nèi)首個首個500500瓦染料敏化納米太陽電池示范電站瓦染料敏化納米太陽電池示范電站轉(zhuǎn)換效率：轉(zhuǎn)換效率：5%（數(shù)據(jù)來源：（數(shù)據(jù)來源：中科院等離子體物理研究所中科院等離子體物理研究所）2008年世博覽會展出的柔年世博覽會展出的柔性染料敏化太陽電池組件性染料敏化太陽電池組件（ 數(shù)據(jù)來源：數(shù)據(jù)來源：Yoshida 教授的演講教授的演講） 進(jìn)一步提升染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率

9、進(jìn)一步提升染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率 短路電流的改善 開路電壓的改善 填充因子的改善 進(jìn)一步改善染料敏化太陽電池的穩(wěn)定性進(jìn)一步改善染料敏化太陽電池的穩(wěn)定性 液態(tài)電解質(zhì)的替換準(zhǔn)固態(tài)及固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā) 無機(jī)敏化劑的應(yīng)用量子點敏化材料 進(jìn)一步減低染料敏化太陽電池的成本（材料方向）進(jìn)一步減低染料敏化太陽電池的成本（材料方向） 對電極Pt取代材料 天然敏化劑如何進(jìn)一步提升染料敏化太陽電池競爭力？主要思路：主要思路：1. 短路電流的改善短路電流的改善（1）二氧化鈦光電極 加強(qiáng)入射光的路徑強(qiáng)度散射層的引入散射層的引入 改善二氧化鈦顆粒之間以及顆粒與TCO的接觸TiCi4水溶液后處理 增加染料的吸附量增加二氧

10、化鈦的表面積 減少電荷的復(fù)合用金屬氧化物進(jìn)行隔離用金屬氧化物進(jìn)行隔離（2）染料 染料提純發(fā)展新的染料提純技術(shù) 提高染料的吸光率研制新型染料2. 開路電壓的改善開路電壓的改善 減少暗電流光電極的表面修飾 TiO2導(dǎo)帶負(fù)移3. 填充因子的改善填充因子的改善 減小電池的內(nèi)阻TCO的內(nèi)阻的內(nèi)阻、對電極催化層修飾等轉(zhuǎn)換效率改善主要途徑轉(zhuǎn)換效率改善主要途徑例子1：散射層的引入散射層（顆粒尺寸約100nm的TiO2顆粒）例子2：用金屬氧化物進(jìn)行隔離例子3：減少TCO的內(nèi)阻量子點敏化材料的應(yīng)用以取代染料常用的量子點有：CdS、PbSe、PbS、PbTe、 InAs、GaSb和Si等量子點敏化太陽電池何為量子點

11、？何為量子點？材料的尺寸達(dá)到10nm以下的窄禁帶半導(dǎo)體具有兩個明顯的特點：能帶分裂為不連續(xù)的能級能帶分裂為不連續(xù)的能級；多激子效應(yīng)多激子效應(yīng)量子點的形成的兩種方法：量子點的形成的兩種方法：基于分子束外延生長的物理自組織化生長基于溶液中膠體微粒的化學(xué)自組裝形成.在TiO2纖維表面沉積的CdS量子點 例子例子1 1：北京大學(xué)物理電子研究所彭練矛研究小組采用一種簡單的方法成功組裝一種CdS量子點和TiO2納米管陣列膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的光電極, 光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到達(dá)到4.15%,開路光電壓達(dá)到1.27 V,短路光電流達(dá)到7.82 mA/cm2，填充因子為0.578.。 例子例子2 2：J.chen等在碳納米管上使用水熱方法沉積ZnO納米棒，然后浸入0.01M硝酸鋅和0.01M的六次甲基四胺混合溶液，在高壓滅菌器中95下加熱10小時，將制備好的巰基乙酸capped-CdSe量子點（尺寸約4.5nm）安裝到ZnO棒的表面，形成CdSe量子點敏化的ZnO電池，獲得了1.46的轉(zhuǎn)換效率。依次為ZnO納米棒、 碳納米管/ZnO 、敏化前、量子點敏化后的形貌對電極Pt取代材料有效的解決途徑：有效的解決途徑：為了探索合適的非Pt對電極，人們展開了大量艱辛的工作，并取得了一定的成績，其中以碳材料為催化層構(gòu)成的碳對電極已展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢并具有巨大的應(yīng)用潛力。Pt對電極存在的是目前最常用的、性能最佳