染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell，縮寫為DSSC)是基于納米技術(shù)發(fā)展起來的一種新型的廉價(jià)的薄膜太陽能電池。它是基于由光敏電極和電解質(zhì)構(gòu)成的半導(dǎo)體，是一個(gè)電氣化學(xué)系統(tǒng)。染料敏化太陽能電池具有許多吸引人的特征,因?yàn)樗梢杂玫土牟牧现瞥?但實(shí)際上它很難擺脫對于貴重金屬鉑和釕的限制，并且它的液態(tài)的電極對于各種天氣的適應(yīng)也是一個(gè)嚴(yán)重挑戰(zhàn))，不需要用精細(xì)的儀器來制造，這種電池在技術(shù)上很有吸引力。而且，其制造過程比以前的電晶體電池要便宜。它可以被制成軟片，機(jī)械強(qiáng)度大，不需要特別保護(hù)就可以防護(hù)樹枝或者冰雹的撞擊。雖然它的能量轉(zhuǎn)換效率比薄膜電池要低，但理論上它們的性價(jià)比較高。

目前對染料敏化太陽電池(DSSC)的研究主要集中在薄膜材料、電解液開發(fā)、染料分子設(shè)計(jì)等方面。同時(shí)，如何提高光的利用率，從而提高染料敏化太陽電池(DSSC)的光電轉(zhuǎn)換效率一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

染料敏化太陽電池(DSSC)的工作原理

DSSC 工作原理圖（來源于網(wǎng)絡(luò)）

首先，吸附在納米TiO₂電極表面的光敏劑分子吸收入射光子通量，并從基態(tài)(S)激發(fā)到激發(fā)態(tài)(S^*)。一種類型的光激發(fā)導(dǎo)致電子從光敏劑的占據(jù)分子軌道(HOMO)轉(zhuǎn)移到未占分子軌道(LUMO)。隨后將激發(fā)的電子注入到TiO₂電極的導(dǎo)帶中，使光敏劑分子氧化。注入的電子通過TiO₂電極向透明導(dǎo)電氧化物(TCO)涂層電極擴(kuò)散，并通過外部負(fù)載和布線，最終到達(dá)反電極。氧化光敏劑在電解液中被I-離子還原，使光敏劑的基態(tài)再生，I^-離子被氧化成I₃^-離子。I₃^-離子向反電極擴(kuò)散，在反電極上還原為I^-離子。總體而言，電力是在沒有化學(xué)轉(zhuǎn)化的情況下產(chǎn)生的。

染料敏化太陽能電池(DSSC)材料是指制造屬于薄膜太陽能電池組的低成本太陽能電池的材料。

在染料敏化太陽電池(DSSC)中，光敏劑是影響太陽能電池性能的最重要成分之一，因?yàn)楣饷魟┑倪x擇既決定了DSSC的光響應(yīng)速度，也將啟動(dòng)初步的光子吸收和后續(xù)的電子轉(zhuǎn)移過程。目前除了傳統(tǒng)的釕配合物光敏劑外，也對有機(jī)染料形式的無金屬類似物進(jìn)行研究開發(fā)，同時(shí)有機(jī)染料光敏劑的光伏性能也在不斷提高。

一般能夠應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的染料應(yīng)具備以下幾個(gè)條件：

1、具有很寬的吸收帶，可以吸收盡可能多的太陽光；

2、具有長期的穩(wěn)定性，能經(jīng)得起無數(shù)次的激發(fā)-氧化-還原過程；

3、有很好的吸附性，既能夠快速達(dá)到吸收平衡，又不易脫落；

4、足夠負(fù)的激發(fā)態(tài)氧化還原電勢，以保證染料激發(fā)態(tài)電子注入導(dǎo)帶；

5、激發(fā)態(tài)壽命足夠長且有高的電荷傳輸效率；

6、基態(tài)的染料敏化劑不與溶液中的氧化還原對發(fā)生作用；

7、在氧化還原過程中勢壘相對較低，以便在初級和次級電子轉(zhuǎn)移中的自由能損失最小。

染料敏化太陽能電池(DSSC)材料推薦：