專家信息：

韓禮元，男，1956年5月生，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，國家“**計(jì)劃”特聘專家。

教育及工作經(jīng)歷：

1982年，畢業(yè)于華東紡織工學(xué)院（現(xiàn)東華大學(xué)）染色專業(yè)。

1988年，畢業(yè)于日本大阪府立大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，博士學(xué)位。

1990-1993，在日本Dainippon Ink & Chemicals Inc工作。

1993年，進(jìn)入日本夏普研究所工作15年。     

學(xué)術(shù)兼職：

資料更新中……

主講課程：

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培養(yǎng)研究生情況：

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研究方向：

染料敏化太陽能電池, 有機(jī)薄膜太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池。

承擔(dān)科研項(xiàng)目情況：

資料更新中……

科研成果：

1.在提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和模塊技術(shù)創(chuàng)新上有很高的造詣。深入、系統(tǒng)地研究了染料敏化太陽能電池的電子傳運(yùn)機(jī)理，率先提出了電池的等效回路模型,為系統(tǒng)地提高轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性做出了貢獻(xiàn)。

2. 所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在等效回路模型的基礎(chǔ)上，成功地提高了電池的光電流和降低了電池的內(nèi)電阻，創(chuàng)造了單片電池最高光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。該成果于2006年在日本物理學(xué)會(huì)雜志(Japanese Journal of Applied Physics Express Letter)上刊登，4年來被引用了500次以上。基于卓越的研究成果,在2008年被聘請(qǐng)到日本物材研究機(jī)構(gòu),擔(dān)任下一代太陽能電池中心主任,負(fù)責(zé)5個(gè)研究方向(染料敏化,有機(jī)薄膜,量子點(diǎn),薄膜硅,化合物太陽能電池),領(lǐng)導(dǎo)40名研究者。

3. 2011年6月, 所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)再次創(chuàng)造染料敏化太陽能電池單片電池公認(rèn)最高光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄11.4%。此外,還對(duì)在氧化鈦上的染料吸附狀態(tài)、從染料到氧化鈦的電子轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究，以及在新染料的開發(fā)上做出了很多貢獻(xiàn)。同時(shí)在有機(jī)薄膜太陽能電池、有機(jī)半導(dǎo)體材料上也有著深厚的造詣。

4. 至今，在國際期刊上發(fā)表了近120篇學(xué)術(shù)論文，同時(shí)申請(qǐng)了90多項(xiàng)日本專利和40多項(xiàng)國際專利(美國、歐洲、中國、澳大利亞)，在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，按發(fā)明者計(jì)算的專利申請(qǐng)件數(shù)也被列為世界第一(根據(jù)2005年度日本專利局調(diào)查)。

發(fā)明專利：

申請(qǐng)了90多項(xiàng)日本專利和40多項(xiàng)國際專利(美國、歐洲、中國、澳大利亞)。

1. 類石墨烯結(jié)構(gòu)二氧化鈦的無氟制備方法 201510050502 畢恩兵;何金金;陳漢;楊旭東;韓禮元

2. 高氮摻雜石墨烯與超薄MoSe2納米片的復(fù)合材料及其制備方法 201410391036 畢恩兵;陳漢;韓禮元

3. 高氮摻雜石墨烯與類富勒烯硒化鉬空心球納米復(fù)合材料及其制備方法 201410391018 畢恩兵;陳漢;韓禮元

4. 類石墨烯結(jié)構(gòu)銅銦硫納米片陣列薄膜的制備方法 201410098261 畢恩兵;陳漢;韓禮元

5. 制備硫化亞錫納米片陣列薄膜的方法 201410098257 畢恩兵;陳漢;韓禮元

6. 制備石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復(fù)合材料的方法 201310723967 陳漢;韓禮元;畢恩兵

7. 用于染料敏化太陽能電池的納米復(fù)合對(duì)電極及其制備方法 201310656095 陳漢;韓禮元;畢恩兵

8. 染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法和應(yīng)用 201310089595 張京;陳振華;彭文琴;韓禮元;諸躍進(jìn)

9. 吡啶類金屬絡(luò)合物、包含該金屬絡(luò)合物的光電極和包含該光電極的染料敏化太陽能電池 200980114299 沈秀良;阿什拉富爾.伊斯蘭;古宮良一;韓禮元

10.染料敏化型太陽能電池用糊劑、染料敏化型太陽能電池用透明性絕緣膜、染料敏化型太陽能電池、以及染料敏化型太陽能電池的制造方法 200980111872 韓禮元;山中良亮;福家信洋;福井篤;高野真悟;藤橋岳

11. 包括多孔半導(dǎo)體層的光電池、其生產(chǎn)方法和太陽能電池 03101808 山中良亮;小出直城;韓禮元;千葉恭男;今井壽子;見立武仁

12. 色素增敏型太陽電池 02808434 古宮良一;韓禮元;山中良亮;石古惠理子;河野通之

13. 色素敏感型太陽能電池 03821894 古宮良一;山中良亮;韓禮元;見立武仁;石古惠理子;河野通之

14. 光電極、染料增感太陽能電池及染料增感太陽能電池模塊 200580026542 福井篤;山中良亮;韓禮元

15. 光電轉(zhuǎn)換元件及使用該光電轉(zhuǎn)換元件的太陽能電池 200680046410 千葉恭男;韓禮元;小出直城;城戶政美

論文專著：

在國際著名期刊Advanced Materials，Journal of the American Chemical Society，Energy & Environmental Science，Advanced Energy Materials，Advanced Functional Materials等上發(fā)表論文百余篇。

代表性英文論文：

1. “Bulk-heterojunction organic photovoltaic cells fabricated using a high viscosity solution of poly (3-hexylthiophene) with extreme” Polym. J. 45[2] (2013) 129-132

2. “Structure of electron collection electrode in dye-sensitized nanocrystalline TiO2” Electrochim. Acta 87 (2013) 309-316 “Improving the Spectral Response of Black Dye by Cosensitization with a Simple Indoline Based Dye in Dye-Sensitized Solar Cell” J. Mater. Chem. 2013 (2013) 910527-1

3. “Functional 2-benzyl-12-dihydro[60]fullerenes as acceptors for organic photovoltaics: facile synthesis and high photovoltaic per” Tetrahedron 69[4] (2013) 1302-1306

4. “Multiwall Carbon Nanotube Coated with Conducting Polyaniline Nanocomposites for Quasi-Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells” JOURNAL OF CHEMISTRY 2013 (2013) 962387-1

5. “Improved power conversion efficiency of bulk-heterojunction organic solar cells using a benzothiadiazole-triphenylamine polymer” J. Mater. Chem. 22[6] (2012) 2539-2544

6. “Synthesis Characterizarion and Self-assembly of Colloidal Quantum Dots” Intelligent Nanomaterials (2012) 3-38

7. “Surface Treatment for Effective Dye Adsorption on Nanocrystalline TiO2” Jpn. J. Appl. Phys 51[10] (2012) 10NE16-1

8. “Fast Carrier Formation from Acceptor Exciton in Low-Gap Organic Photovotalic” Appl. Phys. Express 5[4] (2012) 042302-1

9. “Carrier Formation Dynamics of Organic Photovoltaics as Investigated by Time-Resolved Spectroscopy” ADVANCES IN OPTICAL TECHNOLOGIES 2012 (2012) 316045-1

10. “Use of benzothiadiazole–triphenylamine amorphous polymer for reproducible performance of polymer–fullerene bulk-heterojunction solar cells” Org. Electron. 13 (2012) 1802-1808

11. “Template method for fabricating interdigitate p-n heterojunction for organic solar cell” Nanoscale Res. Lett. 7 (2012) 469-1

12. “Aggregation-free branch-type organic dye with a twisted molecular architecture for dye-sensitized solar cells” ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE 5[9] (2012) 8548-8552

13. “ A New Factor Affecting the Performance of Dye-Sensitized Solar Cells in the Presence of 4- tert -Butylpyridine ” APPLIED PHYSICS EXPRESS 5 (2012) 042303-1

14. “Effect of Cerium Doping in the TiO2 Photoanode on the Electron Transport of Dye-Sensitized Solar Cells” J. Phys. Chem. C 116 (2012) 19182-19190

15. “Tuning the Electrical and Optical Properties of Diketopyrrolopyrrole Complexes for Panchromatic Dye-Sensitized Solar Cells” Chem.-Asian J. 7[12] (2012) 2895-2903

16. “Evaluation of carrier transport and recombinations in cadmium selenide quantum-dot-sensitized solar cells” Sol. Energy Mater. Sol. Cells 101[6] (2012) 5-10

17. “High-Efficiency Dye-Sensitized Solar Cell with a Novel Co-Adsorbent” ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE 3 (2012) 6057-6060

18. “Cascade cyclization of aryldiynes using iodine: synthesis of iodo-substituted benzo[b]naphtho[2 1-d]thiophene derivatives for dye-sensitized solar cells” Tetrahedron Lett 53 (2012) 1946-1950

19. “Donor–acceptor dyes incorporating a stable dibenzosilole π-conjugated spacer for dye-sensitized solar cells” J. Mater. Chem. 22 (2012) 10771-10778

20. “Metal-Free and Fluorescent Diketopyrrolopyrrole Fluorophores for Dye-Sensitized Solar Cells” CHEM PLUS CHEM 77[6] (2012) 462-469

21. “Efficient thiocyanate-free sensitizer: a viable alternative to N719 dye for dye-sensitized solar cells” Dalton Trans 41 (2012) 7604-7608

22. “Highly efficient nanoporous graphitic carbon with tunable textural properties for dye-sensitized solar cells” J. Mater. Chem. 22 (2012) 20866-20869

23. “One bipyridine and triple advantages: tailoring ancillary ligands in ruthenium complexes for efficient sensitization in dye solar cells” J. Mater. Chem. 22 (2012) 18757-18760

24. “Functionalized styryl bipyridine as a superior chelate for a ruthenium sensitizer in dye sensitized solar cells” Dalton Trans 41 (2012) 8770-8772

25. “Structure–property relationship of naphthalene based donor–π–acceptor organic dyes for dye-sensitized solar cells: remarkable improvement of open-circuit photovoltage” J. Mater. Chem. 22 (2012) 22550-22557

26. “A novel carbazole-based dye outperformed the benchmark dye N719 for high efficiency dye-sensitized solar cells (DSSCs)” J. Mater. Chem. 22 (2012) 24048-24056

27. “Directly Determine an Additive-Induced Shift in Quasi-Fermi Level of TiO$_{2}$ Films in Dye-Sensitized Solar Cells” Jpn. J. Appl. Phys 51[10NE15] (2012) 10NE15-1

28. “Ellipsoidal TiO2 Hierarchitectures with Enhanced Photovoltaic Performance” Chem.-Eur. J. 18[17] (2012) 5269-5274

29. “Reliable evaluation of dye-sensitized solar cells” ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE 6[1] (2012) 54-66

代表性中文論文：

1 高效率鈣鈦礦太陽電池發(fā)展中的關(guān)鍵問題 楊旭東; 陳漢; 畢恩兵; 韓禮元 物理學(xué)報(bào) 2015-02-08

2 染料敏化太陽能電池敏化劑材料研究進(jìn)展 陳漢; 畢恩兵; 韓禮元 中國材料進(jìn)展 2013-07-15

 

上海交通大學(xué)“**計(jì)劃”韓禮元教授應(yīng)邀來材料學(xué)院作學(xué)術(shù)報(bào)告

9月23日下午，“**計(jì)劃”國家特聘專家、上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院韓禮元教授應(yīng)邀為材料學(xué)院教師作題為“Highly Efficient Perovskite Solar Cells（高效鈣鈦礦太陽能電池）”的學(xué)術(shù)報(bào)告。報(bào)告在材料學(xué)院A501室舉行，學(xué)院所有從事教學(xué)、科研的領(lǐng)導(dǎo)、教師聆聽了報(bào)告。

報(bào)告開始，強(qiáng)穎懷院長(zhǎng)對(duì)韓教授的到來表示了誠摯的感謝和歡迎，并對(duì)韓教授的科研方向和成果進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

隨后，韓教授正式開始報(bào)告。他首先介紹了當(dāng)下幾種主流太陽能電池，提出高效太陽能電池需要具備的特性。然后，韓教授講到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化鉛鹵化合物的優(yōu)異光電特性及其用于太陽能電池的發(fā)展歷程。通過材料形貌結(jié)構(gòu)調(diào)控及器件優(yōu)化，在短短數(shù)年的時(shí)間內(nèi)，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率由3%左右提升至20%，這是太陽能電池發(fā)展史上絕無僅有的事件。接著，韓教授向在場(chǎng)的師生詳細(xì)介紹了其領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)的科研工作，包括在空穴阻擋層、鈣鈦礦膜沉積、無摻雜空穴傳輸材料、純相甲基銨-甲脒（MA-FA）雜化鈣鈦礦以及反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池等方面的創(chuàng)新性工作。最后，韓教授指出鈣鈦礦太陽電池在可重現(xiàn)性、穩(wěn)定性以及性能評(píng)估等方面還面臨著很多問題，并提出該電池的發(fā)展前景。

報(bào)告結(jié)束后，材料學(xué)院的教師分別就自己的研究項(xiàng)目及問題與韓教授進(jìn)行了交流。強(qiáng)穎懷院長(zhǎng)還邀請(qǐng)韓教授對(duì)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了參觀。

報(bào)告現(xiàn)場(chǎng) 

韓禮元教授簡(jiǎn)介

韓教授生于1956年5月，1988年畢業(yè)于日本大阪府立大學(xué)，獲博士學(xué)位。現(xiàn)為上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。2011年入選國家**計(jì)劃。

韓教授主要從事太陽能電池的研究開發(fā)。在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，深入、系統(tǒng)地研究了電子傳運(yùn)機(jī)理，率先提出了電池的等效回路模型，為系統(tǒng)地提高轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性做出了很大貢獻(xiàn)。2008年被聘請(qǐng)到日本物材研究機(jī)構(gòu)，擔(dān)任下一代太陽能電池中心主任，負(fù)責(zé)5個(gè)研究方向（染料敏化，有機(jī)薄膜，量子點(diǎn)，薄膜硅，化合物太陽能電池），領(lǐng)導(dǎo)40多名研究者。2011年6月，領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了染料敏化太陽能電池單片電池公認(rèn)最高光電轉(zhuǎn)換效率11.4%的世界紀(jì)錄。現(xiàn)階段，韓教授的主要研究方向集中在鈣鈦礦太陽能電池上，并創(chuàng)下了25px2鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率15%的記錄。

韓教授在國際著名期刊Advanced Materials，Journal of the American Chemical Society，Energy & Environmental Science，Advanced Energy Materials，Advanced Functional Materials等上發(fā)表論文百余篇，同時(shí)申請(qǐng)了90多項(xiàng)日本專利和40多項(xiàng)國際專利(美國、歐洲、中國、澳大利亞)。在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，按發(fā)明者計(jì)算的專利申請(qǐng)件數(shù)也被列為世界第一。

來源：中國礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2015-09-28 

“**計(jì)劃”國家特聘專家韓禮元教授到我校作學(xué)術(shù)講座

3月17日上午，“**計(jì)劃”國家特聘專家，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授韓禮元受邀與化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院教師進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。下午，韓禮元教授在圖書館報(bào)告廳為化環(huán)學(xué)院師生做了一場(chǎng)主題為“新一代太陽能電池：從染料敏化型到鈣鈦礦型”的學(xué)術(shù)講座，介紹了太陽能電池在國內(nèi)外的最新進(jìn)展和未來的發(fā)展動(dòng)向。

韓禮元教授曾在日本夏普公司從事染料敏化太陽能電池的研究工作，自2006年開始一直保持該領(lǐng)域世界最高光電轉(zhuǎn)換效率記錄，并于2011年6月，其領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)再次創(chuàng)造染料敏化太陽能電池單片電池公認(rèn)最高光電轉(zhuǎn)換效率11．4％的世界紀(jì)錄。韓禮元教授自2008年6月開始，任職于日本國立物質(zhì)材料研究所，并擔(dān)任光伏材料研究中心主任，其后在上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院及金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任職教授。截至目前，韓禮元教授已在國際期刊上發(fā)表了近80篇學(xué)術(shù)論文，申請(qǐng)了90多項(xiàng)日本專利和40多項(xiàng)國際專利（美國、歐洲、中國、澳大利亞），在提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和模塊技術(shù)創(chuàng)新上有很高的造詣。

來源：東莞理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 2015-03-25

“**計(jì)劃”韓禮元教授訪問我校

10月14日，應(yīng)我校化學(xué)與分子工程學(xué)院院長(zhǎng)田禾院士的邀請(qǐng)，“**計(jì)劃”國家特聘專家、上海交通大學(xué)大學(xué)韓禮元教授來我校進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問。

韓禮元教授首先參觀了我校“結(jié)構(gòu)可控先進(jìn)功能材料及其制備”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，田禾院士對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及發(fā)展情況作了詳細(xì)介紹。參觀結(jié)束后，韓禮元教授做客我校第101期名師講壇，為廣大師生作了題為“通過界面排列的高性能染料敏化太陽能電池”的學(xué)術(shù)報(bào)告。田禾院士主持學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，朱為宏、花建麗、王巧純、程毅等教授參加了學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)。

田禾院士介紹重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

韓禮元教授學(xué)術(shù)報(bào)告

韓禮元在報(bào)告中指出：染料敏化太陽能電池因其具有制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好、理論效率高、制作和使用過程環(huán)境友好等特點(diǎn)，而成為新型太陽能電池研究的一個(gè)熱點(diǎn)。它主要由二氧化鈦光陽極、染料、電解質(zhì)以及對(duì)電極構(gòu)成，作為光伏轉(zhuǎn)換器件，提高效率非常關(guān)鍵。報(bào)告還探討了提高染料敏化太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的方法。報(bào)告后，韓禮元教授與重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?guī)熒�展開了討論與交流。

相關(guān)鏈接：

韓禮元，1956年生，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，“**計(jì)劃”國家特聘專家。1988年畢業(yè)于日本大阪府立大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。1990 – 1993工作于日本Dainippon Ink & Chemicals Inc。之后在夏普公司研究所工作15年，主要負(fù)責(zé)染料敏化太陽能電池的研究開發(fā)。在提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和模塊技術(shù)創(chuàng)新上有很高的造詣。深入、系統(tǒng)地研究了染料敏化太陽能電池的電子傳運(yùn)機(jī)理，率先提出了電池的等效回路模型，為系統(tǒng)地提高轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性做出了貢獻(xiàn)。其科研團(tuán)隊(duì)成功地提高了電池的光電流和降低了電池的內(nèi)電阻，創(chuàng)造了單片電池最高光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。該成果于2006年在日本物理學(xué)會(huì)雜志(Japanese Journal of Applied Physics Express Letter)上刊登。基于韓禮元教授卓越的研究成果，2008年韓禮元教授被聘請(qǐng)到日本物材研究機(jī)構(gòu)，擔(dān)任下一代太陽能電池中心主任，負(fù)責(zé)5個(gè)研究方向(染料敏化，有機(jī)薄膜，量子點(diǎn)，薄膜硅，化合物太陽能電池)，領(lǐng)導(dǎo)40名研究者。2011年6月, 科研團(tuán)隊(duì)再次創(chuàng)造染料敏化太陽能電池單片電池公認(rèn)最高光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄11.4%。此外，韓禮元教授還對(duì)在氧化鈦上的染料吸附狀態(tài)、從染料到氧化鈦的電子轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究，以及在新染料的開發(fā)上做出了很多貢獻(xiàn)。同時(shí)在有機(jī)薄膜太陽能電池、有機(jī)半導(dǎo)體材料上也有著深厚的造詣。基于這些研究，韓禮元教授在國際期刊上發(fā)表了近80篇學(xué)術(shù)論文，同時(shí)本人申請(qǐng)了90多項(xiàng)日本專利和40多項(xiàng)國際專利(美國、歐洲、中國、澳大利亞)，在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，按發(fā)明者計(jì)算的專利申請(qǐng)件數(shù)也被列為世界第一(根據(jù)2005年度日本專利局調(diào)查)。

來源：華東理工大學(xué) 2013-10-16

榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)：

1. 2011年，入選國家“**計(jì)劃”。

 

上海交大"**計(jì)劃"特聘專家韓禮元教授
在大面積高效率鈣鈦礦太陽能電池研究上獲重要進(jìn)展

近日，《Science》期刊（影響因子33.6）在線發(fā)表了韓禮元教授帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)及合作者在鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域取得的重大突破（Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aad1015）。這一研究也為該型太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化未來提供了關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)，這一突破性成果一經(jīng)發(fā)表即受到學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

韓禮元教授。圖片來源：ecust.edu.cn

該研究發(fā)現(xiàn)并制備出了適合于鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定、高導(dǎo)電性的重?fù)诫s型電荷傳輸層材料，并探索出了其最優(yōu)化制備條件，實(shí)現(xiàn)了高效率的光生電荷的抽取和分離，同時(shí)在大面積范圍內(nèi)成功抑制了薄膜缺陷，消除了鈣鈦礦太陽能電池常見的遲滯效應(yīng)。該研究在將電池工作面積提高約10倍的條件下，依然獲得能量轉(zhuǎn)化效率為15%的穩(wěn)定輸出，這也使鈣鈦礦太陽能電池性能指標(biāo)首次可以與其他類型太陽能電池在同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行比較。該結(jié)果得到國際權(quán)威機(jī)構(gòu)AIST的認(rèn)證，并被收錄于2015年第46期《Solar cell efficiency tables》，填補(bǔ)了國際上長(zhǎng)期以來該領(lǐng)域的研究空白。

自2009年以來，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦新型太陽能電池吸引了人們廣泛關(guān)注，在眾多類型太陽能電池中異軍突起，在2013年曾被《Science》期刊評(píng)為10大科學(xué)突破之一。隨著相關(guān)研究的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，鈣鈦礦太陽電池有望獲得25%以上的能量轉(zhuǎn)化效率，由于同時(shí)具有低成本制備的特點(diǎn)，所以在清潔能源開發(fā)以替代日益枯竭的化石能源方面有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，雖然電池效率快速攀升，但是在薄膜制備、界面缺陷控制等方面上仍存在相當(dāng)?shù)睦щy和復(fù)雜性，之前高效率結(jié)果大都是在小面積電池器件上獲得的，器件遲滯效應(yīng)明顯且穩(wěn)定性不足，這些結(jié)果都限制了其進(jìn)一步大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，如何實(shí)現(xiàn)大面積高效率高穩(wěn)定性電池，成為當(dāng)前國際鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域的前沿焦點(diǎn)問題。

在太陽能電池中，高效率的光生電荷分離和傳輸對(duì)電池整體性能的提高至關(guān)重要。該研究通過對(duì)無機(jī)電荷傳輸層實(shí)現(xiàn)重?fù)诫s，在調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)以有利于電荷載流子分離的同時(shí)，顯著提高了電子和空穴傳輸效率，并且成功抑制厚度僅為10-20nm的電荷傳輸層中的電荷復(fù)合。重?fù)诫s無機(jī)電荷傳輸層具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以保護(hù)鈣鈦礦層從而提高了整體器件的穩(wěn)定性，保證了電池器件順利通過國際權(quán)威機(jī)構(gòu)在嚴(yán)格測(cè)試條件下進(jìn)行認(rèn)證過程中的考驗(yàn)。

圖片來源：Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aad1015

韓禮元教授是上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院“**計(jì)劃”特聘專家，領(lǐng)導(dǎo)著一支研發(fā)新型太陽能電池的研究團(tuán)隊(duì)，同時(shí)他還領(lǐng)導(dǎo)著日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）光伏材料中心的研究團(tuán)隊(duì)。

韓禮元教授在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)工作。圖片來源：上海交通大學(xué)

在韓禮元教授的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，日方和上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)以及其他合作者攜手，歷時(shí)兩年共同完成了上述工作。本研究得益于韓禮元教授長(zhǎng)期從事鈣鈦礦以及染料敏化太陽電池的研究基礎(chǔ)以及在他強(qiáng)有力的帶領(lǐng)下研究團(tuán)隊(duì)成員們的研究熱情與努力，包括以往在新材料開發(fā)、工作機(jī)理研究、穩(wěn)定性提高以及高效率器件制備和應(yīng)用上取得的一系列重大進(jìn)展，相關(guān)工作曾多次打破新型太陽能電池的世界認(rèn)證記錄，其研究結(jié)果發(fā)表在《Energy & Environmental Science》、《Advanced Materials》、《Chemsuschem》等國際著名學(xué)術(shù)期刊上。本研究還得到了華中科技大學(xué)和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的合作與支持。

來源：X-MOL 2015-11-02 

 

韓禮元：巧用光能的現(xiàn)代夸父　　
 

從孩提時(shí)代起，我們就對(duì)“夸父逐日”的故事耳熟能詳——為了讓大地永遠(yuǎn)充滿光明，夸父向著西斜的太陽緊追不舍……

這就是光的能量所帶來的“引力”。

那么，你知道太陽每年可以為地球提供多少能量嗎？你又知道地球上的人類一年工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活活動(dòng)一共需要多少能量嗎？

太陽能在我們?nèi)�分之二的國土�? 年輻射量超過60萬焦耳/cm2, 每年地表吸收的太陽能大約相當(dāng)于1.7萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。中國煤炭的總儲(chǔ)量為約6000億噸，換句話說，每年地表吸收的太陽能相當(dāng)于2.8倍中國的煤炭總儲(chǔ)量。

太陽每年通過大氣向地球輸送的能量高達(dá)3×1024焦耳，這種免費(fèi)潔凈的能源是地球生命和人類生存發(fā)展的可靠保證。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上人類一年的能源總需求達(dá)到約5×1020焦耳，也就是說，如果我們可以收集其中的萬分之一到萬分之二就足夠全世界人類的需求了。

在提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和模塊技術(shù)創(chuàng)新上具有很高造詣、被日本媒體譽(yù)為“下一代新型太陽能電池第一人”的韓禮元教授告訴我們，僅僅需要將地球上0.2％的面積覆蓋上太陽能電池（假設(shè)光電能量轉(zhuǎn)化效率10％），也就是說，相當(dāng)于中國戈壁灘沙漠或者整個(gè)日本國土那么大的面積，就可以收集到足夠的能量來滿足地球居民全部使用需求！

夸父逐日的故事已經(jīng)過去了幾千年，但是直到今天，太陽所散發(fā)出的高能量，依然激勵(lì)著無數(shù)科學(xué)家不屈不撓地向著滿足人類利用太陽能的目標(biāo)進(jìn)發(fā)。

其中，開發(fā)出高效、價(jià)廉、實(shí)用的太陽能電池，并使之普及應(yīng)用，造福人類，更是成為幾代科研工作者的夢(mèng)想。韓禮元教授所致力研制的染料敏化型太陽能電池，就是這樣一種新型太陽能電池。

染料敏化太陽能電池——未來陽光燦爛

能源問題已經(jīng)日益成為全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，二十多年研制染料敏化型太陽能電池的經(jīng)驗(yàn)，使韓禮元對(duì)實(shí)行“陽光計(jì)劃”、開發(fā)太陽能資源充滿期待和信心，這也是越來越多的國家尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。

他告訴我們，太陽能發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、不消耗原材料、不必架設(shè)高壓輸電線路、建站周期短、規(guī)模可大可小、可以無人值守等一系列優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民供電，或者野外科考、野外作業(yè)、軍事指揮臨時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定供電具有非常便利的優(yōu)點(diǎn)。

太陽能高效發(fā)電技術(shù)早已列入國家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中的重點(diǎn)支持和優(yōu)先發(fā)展的方向，成為支撐我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前瞻性、戰(zhàn)略性新能源技術(shù)。尤其隨著人類對(duì)能源的需求量，特別是城市對(duì)能源的需求量日益增加，太陽電池的使用更顯得勢(shì)在必行。

目前，進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的太陽電池主要以硅基電池為主，已歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展。在將來進(jìn)一步更大規(guī)模的應(yīng)用中，硅太陽能電池仍受到諸多限制。因?yàn)樯�產(chǎn)工藝苛刻，在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生污染物等原因，盡管成本降低至3-5元/峰瓦，但是仍然遠(yuǎn)高于火電和水電的成本，離開政府的支持和補(bǔ)貼，難以大規(guī)模普及到農(nóng)村及城市居民中。

因此，開發(fā)低成本和對(duì)環(huán)境友好的太陽能電池迫在眉睫。

隨著納米材料科學(xué)的迅速發(fā)展，納米薄膜太陽能電池日益受到研究者青睞，特別是基于納米晶多孔膜的染料敏化太陽能電池。

染料敏化太陽能電池，它模擬自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的納米多孔二氧化鈦半導(dǎo)體膜作為光陽極，鍍碳或鍍鉑的導(dǎo)電玻璃作為光陰極，電極間選用適當(dāng)?shù)难趸?還原電解質(zhì)。只要太陽光一照到電池上，它就會(huì)源源不斷地開始發(fā)電了。

從1996年至今，將近二十年的光陰歲月，染料敏化太陽能電池猶如精心呵護(hù)下長(zhǎng)大成人的孩子，韓禮元教授對(duì)它的優(yōu)點(diǎn)如數(shù)家珍：成本低廉，制作工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好而且能高度響應(yīng)低水平的照射條件，擁有潛在的高光電轉(zhuǎn)換效率，極有可能取代傳統(tǒng)硅系太陽電池，成為未來太陽電池的主導(dǎo)，緩解能源危機(jī)問題。

染料與電池的結(jié)合——一條破釜沉舟之路

韓禮元教授是學(xué)染料出身，也許這早已注定了他與染料敏化太陽能的不解之緣。

上世紀(jì)70年代，在那個(gè)“白卷英雄”的時(shí)代，中學(xué)畢業(yè)的韓禮元即進(jìn)入農(nóng)場(chǎng)工作，然而，將近四年的電工生涯使他意識(shí)到知識(shí)的重要性。恢復(fù)高考第二年，韓禮元一舉考取華東紡織工學(xué)院（今東華大學(xué)），進(jìn)入染色專業(yè)學(xué)習(xí)。1982年，大學(xué)畢業(yè)后不久，他又以優(yōu)異的成績(jī)考取了國內(nèi)第一屆公派留學(xué)，前往日本京都工藝?yán)w維大學(xué)攻讀碩士研究生，進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)染料專業(yè)。此時(shí)的韓禮元在染料世界里盡情暢游，如海綿般汲取染料領(lǐng)域的各種知識(shí)，在一次偶然的機(jī)會(huì)中，他與同事發(fā)現(xiàn)合成的染料導(dǎo)電性非常好。當(dāng)時(shí)，超電導(dǎo)是非常熱門的研究領(lǐng)域，京都工藝?yán)w維大學(xué)電子系的一名導(dǎo)師看中了韓禮元的勤奮好學(xué)與專業(yè)方面的才氣，將他借調(diào)到自己的專業(yè)研修，從事電子材料領(lǐng)域的研究。這次借調(diào)使韓禮元發(fā)現(xiàn)了自己在染料專業(yè)以外的興趣所在：“也許是有以前的電工工作背景，我非常喜歡電子材料這樣的專業(yè)。”

擁有橫跨兩個(gè)專業(yè)的背景，1993年，韓禮元進(jìn)入日本夏普工作之后，順理成章地成為有機(jī)感光材料領(lǐng)域的一名研究人員。作為感光材料的業(yè)界翹楚，公司要求韓禮元在材料領(lǐng)域做出開發(fā)和創(chuàng)新。

根據(jù)當(dāng)時(shí)的文獻(xiàn)資料，韓禮元查到1991年瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院Michael教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將納晶多孔薄膜引入了染料敏化太陽能電池。“我當(dāng)時(shí)想，我喜歡做電子材料和有關(guān)的器件，又懂染料，選擇研究染料敏化太陽能電池是最合適不過了。”韓禮元這樣描述自己當(dāng)時(shí)選擇染料敏化太陽能電池道路的心里的想法，“事后證明我的想法有些幼稚”，談及此，他不禁大笑起來。盡管染料敏化太陽能電池并非韓禮元當(dāng)初設(shè)想的那樣是染料與電子材料的組合，但他的這一建議在當(dāng)時(shí)卻極具創(chuàng)新意識(shí)，得到了夏普公司的采納和首肯。

1996年，韓禮元正式著手染料敏化太陽能電池的研究工作。但這個(gè)選擇并不為業(yè)內(nèi)同行所看好，因?yàn)橄鄬?duì)于其他材料電池，太陽能在當(dāng)時(shí)并非十分引人注目的領(lǐng)域。作為爭(zhēng)取利益最大化的私人公司，夏普公司盡管同意韓禮元進(jìn)行染料敏化太陽能電池，但面對(duì)前有技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟的硅基太陽能電池，后有要求投入與產(chǎn)出效益的公司利益，夏普公司仍持謹(jǐn)慎態(tài)度，在前期的投入非常少。

這就造成了韓禮元教授當(dāng)時(shí)的困境，前期投入與獲得成果，先有雞，還是先有蛋？

僅僅用了半年多的時(shí)間，在人力財(cái)力都十分欠缺的條件下，韓禮元教授就將染料敏化太陽能電池做到了3%的效率。

英雄，往往是先他人行一步的首位“吃螃蟹者”，因此在選擇之初也會(huì)承受更多的困難和打擊。回憶起當(dāng)時(shí)的情形，韓禮元教授沒有過多描述自己面臨的困境，只是說：“正因?yàn)槭亲约盒母是樵缸龀龅倪x擇，而非他人命令，所以即使是最困難的階段，我也不曾萌生過退意，正所謂‘破釜沉舟’吧。”

世界紀(jì)錄與“韓家族”的誕生

韓禮元教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)制作的染料敏化太陽能電池，其能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過了11%。

近10年的努力，濃縮成這樣短短的一句話；從3%到11%，呈現(xiàn)在人們面前只是這樣簡(jiǎn)單的數(shù)字。

背后的付出，又有幾人知？

染料敏化太陽能電池的工作原理，是染料吸收光子后發(fā)生電子躍遷，光生電子快速注入到光陽極半導(dǎo)體的導(dǎo)帶并經(jīng)過收集進(jìn)入外電路而流向光陰極。失去電子的染料分子成為正離子，被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生。還原態(tài)的電解質(zhì)本身被氧化，擴(kuò)散到光陰極，與外電路流入的電子復(fù)合，這樣就完成了一個(gè)循環(huán)。在染料敏化太陽能電池中，光能被直接轉(zhuǎn)換成了電能。

在3%的轉(zhuǎn)化效率基礎(chǔ)上，韓禮元教授深入、系統(tǒng)地研究了染料敏化太陽能電池的電子傳運(yùn)機(jī)理。他從技術(shù)已經(jīng)成熟的硅基太陽能入手，借鑒等效回路方法，率先提出了染料敏化太陽能電池的等效回路模型，為系統(tǒng)地提高轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。

他所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在等效回路模型的基礎(chǔ)上，成功地提高了電池的光電流和降低了電池的內(nèi)電阻，創(chuàng)造了單片電池最高光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。

這一成果于2006年在日本物理學(xué)會(huì)雜志(Japanese Journal of Applied Physics Express Letter)上刊登，7年來被引用了1100次以上。“我的成果對(duì)其他科研工作者有幫助，為大家提供了一個(gè)很方便的工具。”這一打破世界紀(jì)錄的成果，韓禮元教授只是把它描述成“一個(gè)很方便的工具”，欣慰的語言中透出學(xué)者的謙虛。

2009年，日本《中文導(dǎo)報(bào)》專門以“日本最尖端研究領(lǐng)域的帶頭人”為題進(jìn)行報(bào)道，將韓禮元稱為“下一代太陽電池的色素敏化型電池的第一人”。報(bào)道中還寫道：太陽光能源轉(zhuǎn)換為電力的效率達(dá)到11.1%，創(chuàng)世界紀(jì)錄。

2011年6月, 韓禮元領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)再一次創(chuàng)造世界紀(jì)錄：染料敏化太陽能電池單片電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11.4%，是當(dāng)時(shí)公認(rèn)最高的光電轉(zhuǎn)換效率。

除此之外，韓禮元教授還對(duì)在氧化鈦上的染料吸附狀態(tài)、從染料到氧化鈦的電子轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究，以及在新染料的開發(fā)上做出了多項(xiàng)貢獻(xiàn)；同時(shí)，在有機(jī)薄膜太陽能電池、有機(jī)半導(dǎo)體材料上也有著深厚的造詣；韓禮元教授還非常關(guān)注染料敏化電池在實(shí)用化方向上的研究，開發(fā)了高效率大面積電池模塊，效率達(dá)到8%以上，并多次刷新世界紀(jì)錄。

至今，他已經(jīng)在國際期刊上發(fā)表了近120篇學(xué)術(shù)論文，并申請(qǐng)了90多項(xiàng)日本專利和40多項(xiàng)國際專利(美國、歐洲、中國、澳大利亞)。根據(jù)2005年度日本專利局調(diào)查數(shù)據(jù)，在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，韓禮元教授按發(fā)明者計(jì)算的專利申請(qǐng)件數(shù)也被列為世界第一。

在做出巨大成果的同時(shí)，韓禮元教授也帶出了一支精兵強(qiáng)將。他對(duì)學(xué)生和部下要求嚴(yán)格是出名的。“剛開始他們甚至都有點(diǎn)反感我這種嚴(yán)格的做法”，韓教授笑著說。他鼓勵(lì)年輕人挑戰(zhàn)難題，時(shí)間久了，大家都發(fā)現(xiàn)韓禮元教授有一個(gè)特點(diǎn)：支持學(xué)生按照自己的觀點(diǎn)去嘗試，無論事先辯論得多么面紅耳赤，只要是正確和合理的，都會(huì)得到韓教授的認(rèn)可。“后來我發(fā)現(xiàn)，他們誰都不肯輸給我了。”

他說：“大學(xué)里主要是建立適合自己的學(xué)習(xí)方法，學(xué)會(huì)自我學(xué)習(xí)，才能不斷成長(zhǎng)。”作為導(dǎo)師，他認(rèn)為不應(yīng)當(dāng)滿足于讓學(xué)生幫助老師做課題，而要推動(dòng)學(xué)生有自己的想法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新事物的高敏感度和創(chuàng)新精神，不盲從，不守舊。尚顯稚嫩時(shí)出手幫扶，羽翅漸豐后及時(shí)放手，是韓禮元教授育人的原則。同時(shí)，也要讓團(tuán)隊(duì)內(nèi)的成員互相配合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的特點(diǎn)，取其長(zhǎng)而舍其短，做到人盡其才。

韓禮元教授有句名言：“學(xué)生不超過老師，老師就是失敗的。”正所謂嚴(yán)師出高徒，韓禮元教授曾經(jīng)的學(xué)生和部下如今也紛紛成為業(yè)內(nèi)骨干，有些甚至由于與韓禮元教授分屬不同機(jī)構(gòu)而成為“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”。曾有同行開玩笑：以后染料敏化太陽能電池領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)都是在“韓家族”內(nèi)部產(chǎn)生。對(duì)此，韓教授平靜的話語下掩蓋不住內(nèi)心的欣慰，青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，想來這是每一位為人師者最值得驕傲的時(shí)刻吧。　　

冬天來了　春天還會(huì)遠(yuǎn)嗎

染料敏化太陽能電池具有許多硅基太陽能電池所不能應(yīng)用的領(lǐng)域，例如大型玻璃幕墻，小型家用充電器等。因此，對(duì)于納米薄膜太陽電池尤其是染料敏化太陽電池，研發(fā)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。

現(xiàn)階段，韓禮元教授的研究方向主要集中在染料敏化太陽能電池基礎(chǔ)研究，有機(jī)薄膜太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池。

盡管取得了舉世矚目的成就，但韓教授對(duì)整個(gè)行業(yè)有著非常清醒和理性的定位：太陽能電池行業(yè)尚處于冬天階段，這也是我們的積累階段，儲(chǔ)備知識(shí)和技術(shù)，以迎接即將到來的春天。幸運(yùn)的是，染料敏化太陽能電池正得到國家的大力支持，韓禮元教授期望經(jīng)過行業(yè)內(nèi)洗牌，逐漸趨于正規(guī)之后，太陽能電池可以再次浮出水面，得到關(guān)注并創(chuàng)造價(jià)值。

他坦言，與硅基太陽能電池相比，盡管染料敏化太陽能電池具有發(fā)電成本低、環(huán)境友好、光入射角度依賴性低等優(yōu)點(diǎn)，但是也有能量轉(zhuǎn)化效率相對(duì)偏低的弱點(diǎn)，而且未來想提高其效率尚有一定難度。正因?yàn)榇嬖谶@樣的難題，才更需要研究，更需要年輕人去挑戰(zhàn)。

韓禮元教授認(rèn)為，我國目前在染料敏化太陽能領(lǐng)域的基礎(chǔ)工藝和研發(fā)水平與國外尚存在一定差距，但是也存在有利條件：國內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者眾多，有利于國內(nèi)的公司在技術(shù)上得到提高，通過競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到質(zhì)量、性能、價(jià)格等各方面的提升。

染料敏化太陽能領(lǐng)域仿佛蹣跚學(xué)步的幼兒，眼下仍需要依賴于國家相關(guān)政策的幫扶，尚未達(dá)到自己站立。未來，韓禮元教授期望它能夠成長(zhǎng)為獨(dú)立生存的產(chǎn)業(yè)，展現(xiàn)出太陽能的優(yōu)勢(shì)，這也是需要技術(shù)人員、市場(chǎng)以及國家相關(guān)部門等業(yè)內(nèi)人士共同研究和探討的課題。

目前，除了科研以外，韓禮元教授也在為染料敏化太陽能相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)而奔忙和努力。

從經(jīng)濟(jì)角度來講，若實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，染料敏化太陽能電池的發(fā)電成本會(huì)接近現(xiàn)有電力價(jià)格，而普通的硅電池成本則高出2-3倍，因而染料敏化太陽能電池非常適合批量生產(chǎn)，滿足城市居民以及廣大農(nóng)村的需要，特別是對(duì)我國近7000萬邊遠(yuǎn)地區(qū)人口的用電具有實(shí)際的意義。

戰(zhàn)略角度來講，我國是一個(gè)能源的消耗大國，特別是電力的短缺嚴(yán)重影響我國的經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。但是無論是核電還是火電,所需要的燃料都是非常有限的，發(fā)電的同時(shí)也給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因此，我國尤其應(yīng)當(dāng)注重太陽能這種可再生綠色能源的開發(fā)與利用，為經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

從實(shí)用性角度來講，從染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)可以看出，電池是由透明導(dǎo)電玻璃及有一定顏色的染料和電解質(zhì)構(gòu)成，且?guī)б欢�顏色，所以可以通過適當(dāng)選擇染料和電解質(zhì)的顏色及TiO2膜的厚度來控制整個(gè)電池的透光率，這樣可以把電池用作窗戶玻璃，即透光又可當(dāng)電池用。

希望十年后當(dāng)你搬入新家，看到帶有裝飾色彩的窗玻璃時(shí)，別忘了它正在靜靜為你發(fā)電，幫你大量節(jié)省著電費(fèi)的開支。

資料鏈接

染料敏化太陽能電池小知識(shí)

染料敏化太陽能電池的研究歷史可以追溯到19世紀(jì)早期的照相術(shù)。

1837年，Daguerre制出了世界上第一張照片。兩年后，F(xiàn)ox Talbot將鹵化銀用于照片制作，但是由于鹵化銀的禁帶寬度較大，無法響應(yīng)長(zhǎng)波可見光，所以相片質(zhì)量并沒有得到很大的提高。

1883年，德國光電化學(xué)專家Vogel發(fā)現(xiàn)有機(jī)染料能使鹵化銀乳狀液對(duì)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)敏感，這是對(duì)染料敏化效應(yīng)的最早報(bào)道。

1887年，Moser將這種染料敏化效應(yīng)用到鹵化銀電極上，從而將染料敏化的概念從照相術(shù)領(lǐng)域延伸到光電化學(xué)領(lǐng)域。

1964年，Namba和Hishiki發(fā)現(xiàn)同一種染料對(duì)照相術(shù)和光電化學(xué)都很有效。

直到20世紀(jì)60年代，德國的Tributsch發(fā)現(xiàn)了染料吸附在半導(dǎo)體上并在一定條件下產(chǎn)生電流的機(jī)理，才使人們認(rèn)識(shí)到光照下電子從染料的基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后繼而注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶的光電子轉(zhuǎn)移是造成上述現(xiàn)象的根本原因。這為光電化學(xué)電池的研究奠定了基礎(chǔ)。

但是由于當(dāng)時(shí)的光電化學(xué)電池采用的是致密半導(dǎo)體膜，染料只能在膜的表面單層吸附，而單層染料只能吸收很少的太陽光，多層染料又阻礙了電子的傳輸，因此光電轉(zhuǎn)換效率很低，達(dá)不到應(yīng)用水平。

后來人們制備了分散的顆粒或表面積很大的電極來增加染料的吸附量，但一直沒有取得非常理想的效果。

1988年，Gr?tzel小組用基于Ru的染料敏化粗糙因子為200的多晶二氧化鈦薄膜，用Br2/Br-氧化還原電對(duì)制備了太陽能電池，在單色光下取得了12 %的轉(zhuǎn)化效率，這在當(dāng)時(shí)是最好的結(jié)果了。

直到1991年，Gr?tzel在O’Regan的啟發(fā)下，應(yīng)用了O’Regan制備的比表面積很大的納米TiO2顆粒，使電池的效率一舉達(dá)到7.1%，取得了染料敏化太陽能電池領(lǐng)域的重大突破。應(yīng)當(dāng)說，納米技術(shù)促進(jìn)了染料敏化太陽能電池的發(fā)展。

來源:科學(xué)中國人 2014年第1期