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電化學(xué)電池的發(fā)展趨勢

  隨著人類的工業(yè)文明得以迅猛發(fā)展，由此引發(fā)的能源危機(jī)和環(huán)境污染成為急待解決的嚴(yán)重問題，利用和轉(zhuǎn)換太陽能是解決世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境問題的一條重要途徑。世界上*個(gè)認(rèn)識(shí)到光電化學(xué)轉(zhuǎn)換太陽能為電能可能實(shí)現(xiàn)的是Becquere，他在1839年發(fā)現(xiàn)涂布了鹵化銀顆粒的金屬電極在電解液中產(chǎn)生了光電流，以后Brattain、Garrett及Gerisher等人先后提出和建立了一系列有關(guān)光電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的基本概念和理論，開辟了光電化學(xué)研究的新領(lǐng)域。  

  光電化學(xué)池即通過光陽板吸收太陽能并將光能轉(zhuǎn)化為電能。光陽板通常為光半導(dǎo)體材料，受光激發(fā)可以產(chǎn)生電子——空穴對(duì)，光陽極和對(duì)極（陰極）組成光電化學(xué)池，在電解質(zhì)存在下光陽極吸光后在半導(dǎo)體帶上產(chǎn)生的電子通過外電路流向?qū)O，水中的質(zhì)子從對(duì)極上接受電子產(chǎn)生氫氣。  光電化學(xué)池中染料敏化納米晶光電化學(xué)電池以其低成本和率而成為硅太陽能電池的有力競爭者。染料敏化太陽電池主要由透明導(dǎo)電玻璃、TiO2多孔納米膜、電解質(zhì)溶液以及鍍鉑鏡對(duì)電極構(gòu)成的“三明治”式結(jié)構(gòu)。與p-n結(jié)固態(tài)太陽能電池不同的是，在染料敏化太陽電池中光的吸收和光生電荷的分離是分開的。染料敏化太陽能電池(DSSC)是由二氧化鈦多孔膜、光敏化劑（染料）、電解質(zhì)（含氧化還原電對(duì)）、鍍鉑對(duì)電極及導(dǎo)電基板組成的夾層結(jié)構(gòu)。  光電化學(xué)池中染料敏化納米晶光電化學(xué)電池其基本工作原理是：在染料分子的激發(fā)態(tài)、TiO2導(dǎo)帶、SnO2（導(dǎo)電玻璃）導(dǎo)帶、Pt（對(duì)電極）功函之間存在著一個(gè)能級(jí)梯度差，當(dāng)染料分子吸收太陽光其中基態(tài)的電子受光激發(fā)躍遷到染料激發(fā)態(tài)能級(jí)后，在能級(jí)差的驅(qū)動(dòng)下，電子將會(huì)迅速轉(zhuǎn)移到TiO2導(dǎo)帶中，經(jīng)納米晶TiO2膜空間網(wǎng)格的輸運(yùn)進(jìn)入到SnO2導(dǎo)帶，后經(jīng)外路到達(dá)對(duì)電極，并與氧化還原電對(duì)進(jìn)行電子交換后，依靠氧化還原電對(duì)在氧化態(tài)染料和對(duì)電極間完成電子轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)光電循環(huán)。