传统的固态太阳电池具有较高的光电转换率，但通常利用高纯度的晶体硅材料制成，制备工艺复杂，同常规发电相比成本过高，难于达到地面大规模应用的目标。Gratzel等人提出了染料敏化TiO2纳米结构电极为阳极的光电化学电池，光电转换效率达10%。这种电池的阳极发生光敏化后 
传统的固态太阳电池具有较高的光电转换率，但通常利用高纯度的晶体硅材料制成，制备工艺复杂，同常规发电相比成本过高，难于达到地面大规模应用的目标。Gratzel等人提出了染料敏化TiO2纳米结构电极为阳极的光电化学电池，光电转换效率达10%。这种电池的阳极发生光敏化后，电子注入纳米TiO2导带，空穴仍留在表面的染料上，使电荷重新复合受到限制，从而可以使用纯度不高的材料，大大降低了成本。但是由于这种电池需要使用液态电解质还原氧化态的染料分子，造成密封工艺复杂、染料易脱附、易降解、电池外形和使用场合受限等问题。 

    Mcfarland等人提出了一种新型的多层太阳电池结构，通过金属表面的染料分子俘获光子，并且获得了较高的量子效率。与硅基太阳电池相比，这种电池的性能对材料的纯度和缺陷不敏感。与纳米染料敏化太阳电池相比，电池可以自动使染料还原，不需要附加电解质。电池具有材料成本低廉、工艺简单等优点，具有很好的研究价值和应用前景。 

    由于材料方面存在的种种局限性，尽管这种电池的理论最高效率与传统固态太阳电池相同，但目前的实际光电转换效率仅为0.01%。Au薄膜表面过低的染料分子吸附量(1.33×10-9mol/cm2)是限制电池的量子效率和光电转换效率的主要原因之一。此外，Mcfarland等人采用的氰化物电镀金方法，由于电镀液中的氰化物含有剧毒，严重危害环境和操作者的健康，这也将限制电池未来的实用性。 

    本文采用无毒的亚硫酸盐电镀工艺制备了纳米Au薄膜，研究了Au薄膜的形成过程，各种实验因素对汞溴红在Au薄膜表面的吸附性能的影响，并计算出Au薄膜表面的最大染料吸附量。利用亚硫酸盐电镀的Au薄膜制作出多层太阳电池，测试了其光电转换效率。 

    多层太阳能电池的结构和原理 

    电池是固态多层结构，依次为染料分子层-50nmAu薄膜-200nmTiO2-Ti基底。选择Au和TiO2来制备电池使得在金属半导体界面上形成的肖特基势垒高度约为0.9V，选择汞溴红作为光敏染料，是由于汞溴红的激发态施主能级高于肖特基势垒。 

    电池中的光电转化过程有4步：第1步是在电池表面的染料分子吸收光子，产生能量较高的电子；第2步是来自感光层激发态的电子被注入到相邻导体的导带中，以高于费米能级Ef ，的能量Ee穿越金属；第3步是电子能量Ee远大于肖特基势垒，并且电子的平均自由程相对于金属厚度来说很长，电子穿越金属并且进入半导体的导带(内电子发射)。当在后欧姆接触上被收集时，吸收的光子能量保存在剩余的电子自由能中，提供电压的升高；第4步是通过临近金属中的热电子的传输，还原氧化态的染料。 
    与Gratzel染料敏化太阳电池一样，电池结构从空间上将光子的吸收过程和电荷分离，传输过程分离开，而不存在需要电解液中的还原质进行分子间电荷传输的弊端。