Grimes研究小 组[19]组装的膜厚仅6 μm的TiO2纳米管阵列太阳能电池, 在AM1.5的条件下开路电压高达Voc=0.842 V, 短 路电流Jsc=15 mA/cm2, 光电转换效率已达η = 5.44%. 但这种组装方式也有其不足之处, 模拟太阳光直接 从对电极侧面入射, Pt层以及电解质溶液会阻挡或吸收部分入射光而降低光生强度[20]. Grimes研究小组[18,19]还组装了另外一种方式(见图5), 利用导电玻璃表面沉积的Ti膜制备的纳米管阵列做光阳极, 这种光阳极透明, 能透过太阳光, 可避免对电极Pt层以及电解质溶液对光强的影响. 他们利用在导电玻璃表面制备的厚度仅为3.6 μm的TiO2纳米管阵列薄膜做光阳极, 组装太阳能电池. 在AM1.5条件下其开路电压达Voc = 0.84 V, 短路电流Jsc=10.3 mA/cm2, 光电转换效率达η = 4.7%.  

       通过测定电压衰减(voltage decay measurements)证实了TiO2纳米管阵列与纳米晶TiO2相比, 更有利于电子在内部传输, 产生的电荷复合更小[18]. Wada研究小组[17]通过测定电子扩散系数和电子寿命也得出了相似的结论. Frank研究小组[23]通过对光电流强度的测定进一步认为纳米管阵列比纳米粒子具有更高的吸光效率. Djurisic研究小组[22]同样利用阳极氧化的方法制备了TiO2纳米管阵列光电极, 在晶膜面积为0.785 cm2的电池上获得了3.28 mA/cm2的短路电流密度.    

       目前TiO2纳米管阵列染料敏化太阳能电池的光电转化效率还不高, 作为一种新型的半导体薄膜材料仍有许多问题有待于进一步研究. 现有报道的TiO2纳米管阵列薄膜尚不超过6 μm, 这与传统纳晶薄膜10 ~  20 μm的最佳膜厚相比尚有一定的差距, 这会限制染料的吸附和光的吸收, 从而会影响电池的光电转化效率. 此外, 纳米管阵列薄膜的稳定性也直接决定太阳能电池的使用寿命. 因此深入研究纳米管阵列的制备过程的影响因素, 进一步优化TiO2纳米管阵列薄膜的制备方法, 特别是导电玻璃表面纳米管阵列薄膜的制备方法, 提高纳米管的结构稳定性将有助于提高电池的光电性能.   

      3  展望   

      TiO2纳米管阵列薄膜电极具有制备可控、比表面积大、光生载流子迁移快的特点, 有助于克服当前纳米TiO2染料敏化太阳能电池电极薄膜材料的不足. 随着TiO2纳米管阵列制备工艺水平的提高, TiO2纳米管阵列太阳能电池的光电性能将会得到进一步提高, 从而在纳米TiO2染料敏化太阳能电池领域表现出重要的应用价值.