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    在新一代薄膜太陽(yáng)能電池中，染料敏化太陽(yáng)能電池因其成本低廉、制作工藝簡(jiǎn)單、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具市場(chǎng)潛力的太陽(yáng)能電池之一。染料敏化太陽(yáng)能電池已經(jīng)成為新一代薄膜太陽(yáng)能電池的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室清潔能源實(shí)驗(yàn)室孟慶波研究組和陳立泉院士、李泓研究員、王兆祥研究員等合作，一直致力于染料敏化太陽(yáng)能電池關(guān)鍵材料（光陽(yáng)極、載流子傳輸材料、對(duì)電極）的制備及電池放大工藝的研究，在電解質(zhì)方面提出了基于單碘離子導(dǎo)體的固態(tài)電解質(zhì)，低成本、環(huán)境友好固態(tài)電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)等；在碳對(duì)電極方面，在新穎的碳材料、導(dǎo)電聚合物以及對(duì)電極的制備工藝方面都做了深入研究。這些工作受到國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

    目前，染料敏化太陽(yáng)能電池中的載流子傳輸材料主要是基于I₃^-/I^-電對(duì)，它雖然具有電子交換速度快、與光生電子的復(fù)合速度慢等優(yōu)點(diǎn)，但也有致命的缺點(diǎn)：（1）對(duì)絕大多數(shù)金屬而言（如Ag，Cu，Al等常見(jiàn)金屬），I₃^-表現(xiàn)出很強(qiáng)的腐蝕性，而對(duì)于大面積染料敏化太陽(yáng)能電池來(lái)講，必須采用銀導(dǎo)電網(wǎng)格來(lái)降低電池的電阻、提高電流的收集效率，因此對(duì)銀柵網(wǎng)的保護(hù)面臨技術(shù)壁壘。同時(shí)，銀柵網(wǎng)的使用又犧牲了大面積電池的有效面積，降低了電池組件窗口面積的轉(zhuǎn)換效率；（2）I₂單質(zhì)有一定的蒸汽壓，對(duì)電池的穩(wěn)定性有很大的影響，對(duì)電池的封裝技術(shù)有很高的要求；（3）I₃^-/I^- 電對(duì)對(duì)可見(jiàn)光有一定的吸收；（4）I₃^-/I^-電對(duì)的使用限制了電池的開(kāi)路電壓的進(jìn)一步提高。開(kāi)發(fā)研制新型的非碘還原電對(duì)是染料敏化太陽(yáng)能電池中亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題。

    最近，清潔能源實(shí)驗(yàn)室李冬梅博士等與法國(guó)CNRS的M. Armand教授合作，研究了一種在可見(jiàn)光范圍無(wú)吸收的新型非碘氧化還原電對(duì)，即用tetramethylthiourea (TMTU)和 tetramethylformaminium disulphide dication ([TMFDS]²⁺)來(lái)替代DSSC常用的I₃^-/I^-電對(duì)。此氧化還原電對(duì)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）價(jià)格便宜，制備簡(jiǎn)單；（2）對(duì)于金屬的腐蝕性顯著降低，明顯優(yōu)于I₃^-/I^-電對(duì)；（3）尤其適用于低成本的碳對(duì)電極，組裝成電池后，電池性能達(dá)到4.5%，優(yōu)于同等條件下采用Pt電極電池。另外，通過(guò)對(duì)電池的系統(tǒng)優(yōu)化，有望獲得更高的開(kāi)路電壓。

    上述研究?jī)?nèi)容發(fā)表在Adv. Funct. Mater., 2010, 20, 3358上。此項(xiàng)工作不僅為新型非碘氧化還原電對(duì)的設(shè)計(jì)提供了新思路，而且對(duì)加速染料敏化太陽(yáng)能電池實(shí)用化進(jìn)程將起到促進(jìn)作用。

    該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家科技部項(xiàng)目的資助。