5、有机和染料敏化太阳能电池：原理、挑战与前景

有机和染料敏化太阳能电池：原理、挑战与前景

1. 光电化学太阳能电池的起源与原理

光电化学太阳能电池的起源可追溯到近200年前Becquerel的发现。当时他观察到两个相同电极，其中一个被光照，浸在液体电解质中时表现出行为的不对称性。如今我们知道他所用的卤化银是一种半导体，这种装置可归类为光电化学电池。

在传统固态电池中，形成结的两种材料的费米能级在黑暗中达到平衡，伴随半导体中多数载流子的位移和界面附近耗尽层的形成。而在光电化学系统中，氧化还原电解质的氧化还原电位在功能上等同于光伏结材料的费米能级。

光照时，半导体吸收能量大于带隙的光子，激发电子到导带，留下价带中的空穴。对于n型半导体，空穴被导向电解质界面，氧化还原系统中处于还原态的离子被氧化。电极作为光阳极，积累的电子通过欧姆接触输送到外部电路，再通过对电极返回电化学系统，形成再生循环。

传统固态电池	光电化学电池
材料为固体，通过电子过程传导	半导体与电解质接触，电解质中通过离子迁移传导
费米能级平衡伴随多数载流子位移和耗尽层形成	氧化还原电位等同于光伏结材料的费米能级

2. 光电电解的挑战

光电化学电池中的光活性电极集成到电解池中，可能产生光电解或光合效应。例如，在酸性环境中，水氧化成氧的反应在+1.23V发生。若价