1.3　納米半導體材料

對DSSCs和QDSSCs等第三代太陽能電池來講，光陽極材料均由納米半導體材料構成。納米半導體材料不同于塊體材料，它們具有一些自己獨特的性質。

1.3.1　納米半導體材料的特殊性質

納米半導體材料由于組成顆粒尺寸小至納米范圍，使其具有表面效應、量子尺寸效應、介電限域效應和小尺寸效應等。這些特殊的效應使納米材料表現出與塊體材料所不同的聲、光、電、磁、熱、力學性質。

1.3.2　光催化特性

納米半導體材料能夠促進那些體相半導體材料所不能催化發生的反應。A.Henglein等［13］制備了直徑為3nm的ZnS半導體顆粒，利用其進行光催化還原CO2，發現其具有高達80%的量子效率，但體相的ZnS半導體材料不能對CO2進行光催化還原。納米TiO2［14-16］是另一種能夠光催化降解水中污染物的半導體材料。一般認為納米半導體材料具有比體相半導體材料更優異的光催化特性的原因有兩個：①納米半導體材料具有量子尺寸效應，它們的導帶和價帶能帶是不連續的，帶隙更寬，價帶電位更正，導帶電位則更負，這就導致納米材料的氧化還原能力變得更強，從而其光催化活性更高；②納米半導體材料由于粒徑小于載流子的平均自由程，因此降低了電子與空穴的復合幾率，電荷分離效果好，從而提高了光催化活性。

1.3.3　光電轉換特性

1991年，Gratzel等［17］在世界上第一次成功制備出了Ru（dcbpy）32+敏化納米TiO2太陽能電池，其光電轉換效率達到7.1%～7.9%。由于納米半導體材料具有大的比表面積，從而使其能夠吸收更多的染料分子，每個染料分子均與TiO2分子直接作用，光生載流子的界面電子傳輸速度快，具有更高的光電轉換效率。納米ZnO、CdS、CdSe、Fe2O3和SnO2等都具有優異的光電轉換特性。