本文刊载于《科学观察》2007年第2卷第6期P57-P58。
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如果要满足世界大部分的电力需求，就不得不考虑太阳能光伏电池。当前，大部分太阳能电池的制备离不开超纯硅，但是硅并不是理想的聚能材料，因为硅的价格非常昂贵，而且材料表面每年以1%的速率受到腐蚀。因此，科学家一直都在努力寻找硅的替代材料，其中包括有机聚合物，但是研究人员最感兴趣的是基于染料分子的材料，这类材料就像自然界自身的能量转换器——叶绿素一样，可以捕获光子，从而激发出一个活动电子。科学界称这种材料的电池为染料敏化太阳能电池（dye-sensitized cells,DSCs）。
瑞士联邦理工学院洛桑分校的Michael Grätzel教授于1991年制备了世界上第一个DSC。该电池依赖于钌化合物激活电子穿过二氧化钛纳米粒子薄层，然后到达一个电极。理论上，DSCs应该是灵活通用的，因为像植物叶子一样，它们能够吸收来自各个方向的光，并不需要直接面对太阳光。然而，与叶子不同，DSCs在利用激活电子时存在效率不足的问题。
论文1在提高电子利用效率方面取得了明显的成就。该研究中的DSC染料吸附在紧密排列的氧化锌纳米线上，从而克服了“丢失”电子的问题。此研究工作是由加利福尼亚大学化学系以及劳伦斯伯克利国家实验室的杨培东领导完成的。杨培东并不是第一次在Science Watch上展示其风采：两年前Science Watch报道过其关于氮化镓纳米管的优秀研究成果（2005，16[3]:7）；五年前报道过其关于氧化锌纳米激光器的研究工作（2002，13[6]:7）。
目前，杨培东把研究重点放在了氧化锌纳米线的另一应用领域。这些纳米线被用来制备直接的电子通路，确保快速捕捉染料分子产生的空穴和电子。当该材料暴露在相当于直射太阳光的光线时，可以达到1.5%的转化效率。(www.xing528.com)
氧化锌纳米线阵列生长自沉积在FTO玻璃片上的氧化锌量子点薄膜，把玻璃片浸入到硝酸锌、六亚甲基四胺与聚乙烯亚胺的热水溶液（92℃）中2.5小时，所产生的纳米线阵列密度为每平方厘米350亿根，纳米线长度为130～200 nm之间，直径为16 micron。到此，制备过程并没有结束，还需在空气中400℃的高温下烘烤30分钟。染料分子是钌和2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸的复合物，其是通过乙醇溶液的方式沉积在纳米线上。然后，带有染料分子的纳米线阵列被夹在镀铂的FTO电极中间，并且电池内部空间被灌满液体电解液。电解液溶剂为3-甲氧基丙晴，内含碘化锂、碘以及4-叔丁基吡啶（M.Law, et al., J. Phys.Chem. B, 110[45]: 22652-63,2006）。现在，杨培东正进行聚合物或无机固体电解介质纳米线电池的研究。
DSC电池商业潜力巨大。但是目前二氧化钛电池缺点众多，排列形状不规则就是其中之一。那么，太阳能电池的未来在何处呢？杨培东确信纳米线DSCs是打开成功之门的钥匙：“通过优化光吸收、电荷分离以及电荷传输，纳米线太阳能电池将会是低成本、高效率太阳能电池的最理想选择。”
显然，下一步研究工作的重心是通过增加纳米线表面积来提高电池的能量转化效率，最好是吸附更高浓度的染料分子。然而，成功之路还很漫长，但即使这样，论文1仍然为太阳能电池的未来指明了方向。
翻译：朱海峰 审校：马建华
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