1.3　纳米半导体材料

对DSSCs和QDSSCs等第三代太阳能电池来讲，光阳极材料均由纳米半导体材料构成。纳米半导体材料不同于块体材料，它们具有一些自己独特的性质。

1.3.1　纳米半导体材料的特殊性质

纳米半导体材料由于组成颗粒尺寸小至纳米范围，使其具有表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应和小尺寸效应等。这些特殊的效应使纳米材料表现出与块体材料所不同的声、光、电、磁、热、力学性质。

1.3.2　光催化特性

纳米半导体材料能够促进那些体相半导体材料所不能催化发生的反应。A.Henglein等［13］制备了直径为3nm的ZnS半导体颗粒，利用其进行光催化还原CO2，发现其具有高达80%的量子效率，但体相的ZnS半导体材料不能对CO2进行光催化还原。纳米TiO2［14-16］是另一种能够光催化降解水中污染物的半导体材料。一般认为纳米半导体材料具有比体相半导体材料更优异的光催化特性的原因有两个：①纳米半导体材料具有量子尺寸效应，它们的导带和价带能带是不连续的，带隙更宽，价带电位更正，导带电位则更负，这就导致纳米材料的氧化还原能力变得更强，从而其光催化活性更高；②纳米半导体材料由于粒径小于载流子的平均自由程，因此降低了电子与空穴的复合几率，电荷分离效果好，从而提高了光催化活性。

1.3.3　光电转换特性

1991年，Gratzel等［17］在世界上第一次成功制备出了Ru（dcbpy）32+敏化纳米TiO2太阳能电池，其光电转换效率达到7.1%～7.9%。由于纳米半导体材料具有大的比表面积，从而使其能够吸收更多的染料分子，每个染料分子均与TiO2分子直接作用，光生载流子的界面电子传输速度快，具有更高的光电转换效率。纳米ZnO、CdS、CdSe、Fe2O3和SnO2等都具有优异的光电转换特性。