在新一代薄膜太陽能電池中，染料敏化太陽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)潛力的太陽能電池之一。染料敏化太陽能電池已經(jīng)成為新一代薄膜太陽能電池的研究熱點(diǎn)。近年來，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室孟慶波研究組和清潔能源實(shí)驗(yàn)室E01組陳立泉院士、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能電池關(guān)鍵材料（光陽極、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（Chem. Commun., 2004, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 6394； 2186；Electrochem. Commun., 2006, 8, 170；J. Am. Chem. Soc.,2006, 128, 8720；Energy Environ. Sci., 2009, 2, 283；Langmuir, 2009, 25, 4808；Electrochimica Acta 2010, 55, 895；Energy Environ. Sci., 2011, 3, in press），在碳對(duì)電極方面，采用新穎的碳材料、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（Electrochem. Commun., 2007, 9, 596；Electrochem. Commun. 2009, 11, 1346；Carbon 2009, 47, 2704；J. Phys. Chem. C, 2010,114,11673）。這些工作受到國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

　  目前，染料敏化太陽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能電池來講，必須采用銀導(dǎo)電網(wǎng)格來降低電池的電阻、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)可見光有一定的吸收；（4）I3- / I- 電對(duì)的使用限制了電池的開路電壓的進(jìn)一步提高。開發(fā)研制新型的非碘還原電對(duì)是染料敏化太陽能電池中亟待解決的重要科學(xué)問題。

　  最近，清潔能源實(shí)驗(yàn)室李冬梅博士等與法國CNRS的M. Armand教授合作，研究了一種在可見光范圍無吸收的新型非碘氧化還原電對(duì)（tetramethylthiourea (TMTU)和 tetramethylformaminium disulphide dication ([TMFDS]2+)來替代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)（如Figure 1所示）；（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，通過對(duì)電池的系統(tǒng)優(yōu)化，有望獲得更高的開路電壓（見Figure 2）。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)加速染料敏化太陽能電池實(shí)用化進(jìn)程將起到促進(jìn)作用。 上述研究?jī)?nèi)容發(fā)表在Adv. Funct. Mater., 2010, 20, 3358上。

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

Figure 1. Photocurrent density-photovoltage characteristics for DSCs with carbon counter electrodes on different substrates under AM 1.5 irradiation. Electrolyte: 0.03 M [TMFDS]2+, 1.5 M TMTU, 0.2 M LiClO4, 0.5 M TBP in acetonitrile.

Figure 2. Simplified energy scheme for the comparison of [TMFDS]2+/TMTU couple on glass carbon electrode and I3-/I- couple on Pt electrode for DSCs. The potentials for comparison are with the respect to the Ag+/Ag reference in acetonitrile.