染料敏化太陽能電池的效率達到新的記錄

20世紀90年代，Brian O‘Regan和Michael Grtzel發明了介觀染料敏化太陽能電池（DSCs），這就是著名的Grtzel電池。DSCs透過光敏劑將光轉換成電。這些是吸收光的染料化合物，並將電子注入氧化物奈米晶體陣列中，隨後以電流形式收集。

在DSCs中，光敏劑被附著（“吸附”）在奈米晶介孔二氧化鈦薄膜的表面，該薄膜被浸泡在具有氧化還原活性的電解質或固體電荷傳輸材料中。整個設計的目的是透過將電子從光敏劑移向像裝置或儲存單元這樣的電力輸出來產生電力。

DSCs是透明的，可以用多種顏色製造，成本很低，並且已經被用於天窗、溫室以及玻璃外牆，例如裝飾瑞士科技會議中心的那些玻璃。此外，輕量級的柔性DSCs現在已經大規模商業化銷售，用於利用環境光為耳機和電子閱讀器等行動式電子裝置以及物聯網提供電力。

最近，光敏劑和DSCs其他元件的進步提高了DSCs在太陽光和環境光條件下的效能。但是，提高DSC效率的關鍵在於理解和控制染料分子在二氧化鈦奈米粒子薄膜表面的組裝，以利於電荷的產生。

一種方法是共敏化，這是一種化學制造方法，用兩種或兩種以上具有互補性光學吸收的不同染料生產DSC。共敏化使DSCs的功率轉換效率朝著世界紀錄的方向發展，因為它可以想象到結合了可以吸收整個光譜的染料。然而，在某些情況下，共敏化也被證明是無效的，因為找到合適的染料對以實現高光吸收和功率轉換效率需要繁瑣的分子設計、合成和篩選過程。

現在，來自EPFL的Grtzel和Anders Hagfeldt小組的科學家們已經開發出一種改進兩個新設計的光敏劑染料分子包裝的方法，以提高DSC的光電效能。這兩種新的光敏劑可以在整個可見光領域內定量地收集光線。這項新技術涉及在奈米晶介孔二氧化鈦的表面預先吸附一層羥肟酸的衍生物。這減緩了兩種增感劑的吸附，使得在二氧化鈦表面形成了一個有序的、密集的增感劑層。

透過這種方法，該團隊首次能夠在全球標準模擬陽光下開發出功率轉換效率為15。2%的DSCs，長期執行穩定性測試超過500小時。透過將活性面積增加到2。8平方釐米，功率轉換效率在廣泛的環境光強度範圍內跨越了28。4%-30。2%，並具有出色的穩定性。

作者寫道：“我們的發現為輕鬆獲得高效能的DSCs鋪平了道路，併為使用環境光作為能源的低功率電子裝置的電源和電池替代品提供了很好的應用前景。”