染料敏化太陽能電池（DSSC）作為一種新型的薄膜電池，主要是模仿光合作用原理，以低成本的納米二氧化鈦和光敏染料為主要原料，模擬自然界中植物利用太陽能進(jìn)行光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

典型的DSSC主要由導(dǎo)電基底、半導(dǎo)體薄膜光電極、電解質(zhì)以及對(duì)電極組成。當(dāng)光照射在光電極上時(shí)，染料受光激發(fā)由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時(shí)將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中，導(dǎo)帶中的電子在納米晶網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)胶蠼佑|面后而流入到外電路中，失去電子的染料被I-還原，從而完成一個(gè)光電循環(huán)。

其中，半導(dǎo)體多孔膜不但要吸附染料，同時(shí)還承擔(dān)著轉(zhuǎn)移電子的作用，所以它性能的優(yōu)劣將直接影響著DSSC的光電轉(zhuǎn)換率的大小。而作為主要應(yīng)用材料的TiO2，其禁帶寬度只有3.2eV，不能被可見光激發(fā)，同時(shí)激發(fā)后的產(chǎn)生的電子容易和空穴進(jìn)行復(fù)合，從而產(chǎn)生暗電流，進(jìn)而影響DSSC的效率。所以，人們嘗試用復(fù)合和摻雜等方法來改善光陽極的能帶結(jié)構(gòu)，以此來減少暗電流的產(chǎn)生。

將鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰作為一個(gè)摻雜的材料引入染料敏化太陽能電池中是否會(huì)有效果呢？照一下電鏡看看。

圖(a)為L(zhǎng)i4Ti5O12薄膜的SEM照片，從圖中可以看出的顆粒很小，大概有400nm左右，但是團(tuán)聚現(xiàn)象很明顯，并且分布很不均勻。圖(b)為TiO2薄膜的SEM照片，從圖中可以看出TiO2顆粒較小，分布較為均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象不明顯；圖(c)為復(fù)合薄膜的SEM圖，從圖中可以看出TiO2顆粒和鈦酸鋰顆粒分布均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象不明顯，各個(gè)顆粒之間的孔隙較大，這樣的結(jié)構(gòu)更有利于染料的吸附，同時(shí)也有利于電解液的進(jìn)入，有利于提高DSSC的光電性能。

從圖和表中可以看出，通過Li4Ti5O12薄膜所組裝的DSSC各項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)均很低，這說明Li4Ti5O12并不是一種良好的光敏半導(dǎo)體材料，不能單獨(dú)的作為染料敏化太陽能電池的陽極材料，需要對(duì)其進(jìn)行改性或者與其他材料進(jìn)行復(fù)合，才有可能獲得更好的光電性能。而復(fù)合涂層的開路電壓明顯大于TiO2單層膜的開路電壓，提高幅度達(dá)到了18.9%，并且其他評(píng)價(jià)參數(shù)并沒有因此下降。由此可見，TiO2經(jīng)Li4Ti5O12復(fù)合后，可以顯著的提高以此作為光陽極組裝的DSSC的開路電壓。

TiO2薄膜的禁帶寬度為3.23eV。Li4Ti5O12薄膜的禁帶寬度為3.54eV，復(fù)合薄膜的禁帶寬度為3.36eV。相比較而言，復(fù)合薄膜的總體光電轉(zhuǎn)換效率高于純的TiO2電極組裝的電池。原因可能有以下幾點(diǎn)：首先，復(fù)合一層鈦酸鋰薄膜，改變了TiO2薄膜的表面狀態(tài)，同時(shí)，Li4Ti5O12顆粒引入可以讓入射光在TiO2薄膜內(nèi)發(fā)生多次散射，從而增加了入射光的利用效率；

其次，Li4Ti5O12的帶隙比二氧化鈦的帶隙略寬，當(dāng)有足夠激發(fā)能量的光對(duì)薄膜進(jìn)行照射時(shí)，TiO2和Li4Ti5O12同時(shí)發(fā)生帶間躍遷，如果Li4Ti5O12的導(dǎo)帶位置高于TiO2的導(dǎo)帶位置，則光電子聚集在TiO2的導(dǎo)帶，空穴聚集在Li4Ti5O12的價(jià)帶，從而使載流子可以有效地進(jìn)行分離，光激發(fā)到二氧化鈦孔隙中的電子就很容易注入到Li4Ti5O12中，進(jìn)而增加了整個(gè)體系中的電流密度；

如果Li4Ti5O12的導(dǎo)帶位置低于TiO2的導(dǎo)帶位置，所以它們之間可能會(huì)形成的勢(shì)壘，可以有效地阻止光電子向溶液中移動(dòng)的趨勢(shì)，這就大大提高了載流子的壽命，從而減小了暗電流，提高了開路電壓。雖然Li4Ti5O12本身不具有很好的光電性能， 但與TiO2的復(fù)合改善了單一TiO2薄膜的性能，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。由于Li4Ti5O12的導(dǎo)帶位置暫時(shí)沒有進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，所以還需進(jìn)一步的探索和研究。

小結(jié)：隨著技術(shù)工作的不斷深入，太陽能電池也有和鋰電結(jié)合的可能性，但目前基礎(chǔ)研發(fā)工作偏多，相信隨著技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池和太陽能電池能有機(jī)的結(jié)合在一起，創(chuàng)造出更加美好的未來。