● 摘要
自从1991年Grätzel教授首次报道了具有7.1-7.9 %光电转换效率的染料敏化太阳电池之后，染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells)因为结构简单、成本低廉、易于制造等优点为光伏转换装置的再发展提供了新的思路。研究者将染料敏化太阳能电池的工作原理概括为两个方向的反应，分别是前向反应包括：染料的激发、电子的注入、电子的转移和染料的再生；后向反应包括：激发态染料重新回到基态、注入到TiO2中的电子与处于氧化态的染料的复合、注入到TiO2中的电子与FTO或者电解质中I3-的复合。在这种工作机制的作用下，短路电流是前向反应和后向反应竞争的结果。抑制前向反应的其中一个因素就是慢的电子传输速率，这是由于传统的纳晶颗粒膜中存在大量的晶界、无定形层、表面缺陷等电荷陷阱造成的。为了解决这个问题一些研究人员将光阳极制备成一维的阵列，实验结果表明阵列光阳极中的电子传输速率与纳晶颗粒膜提高了约两个数量级，但是由于阵列膜的比表面积与颗粒膜相比大大减小，导致了光阳极染料吸附量的下降，进一步导致了光生电荷总量的减少，所以它不能从本质上改进染料敏化太阳能电池的性能。
本文从进一步加快电子传输速率同时不减少染料吸附量的思想出发，采用水热法一步合成了TiO2壳包裹银核的结构即Ag/TiO2纳米电缆，实现了在传统的单根的纳米线中引入一个具有更快电子传输能力的金属核的想法。然后利用钢筋混凝土原理，使用P25将所合成的纳米电缆支在光阳极中，实现了使部分纳米电缆呈阵列状分布在光阳极膜内。最后将光阳极封装成电池，那么光阳极中埋藏的纳米电缆就可以将光生电荷通过银核迅速地导入到外电路，本文的研究内容及主要研究结果如下：
（1）以钛酸四正丁酯、硝酸银和乙二醇为原料制备Ag/TiO2纳米电缆。研究了反应物添加顺序对产物形貌的影响，最后确定出了最佳反应条件，制备出了长度为3-8 μm，直径为100-150 nm 银核两端裸露，二氧化钛壳层为无定形结构的纳米电缆。
（2）以P25为原料制备光阳极膜。称量一定量的P25通过研磨、稀释、搅拌、超声、浓缩等物理过程制备了TiO2浆料，并利用刮涂法刮涂成膜，通过高温煅烧最后得到微裂纹表面平整的光阳极膜。
（3）Ag/TiO2纳米电缆在染料敏化太阳电池光阳极中的应用。将合成的Ag/TiO2纳米电缆与P25混合刮涂成膜，研究了不同Ag/TiO2纳米电缆含量的情况下所封装电池的I-V特性，并对样品进行了染料吸附量、交流阻抗等等的表征，最后得到了纳米电缆中的银核确实加速了电子传输速率的结论。