设计新型染料太阳能电池

新型无金属有机染料在飞秒尺度表现出重要的电子动力学，有助于进行有效的电荷分离，提高太阳能电池的性能。



欧洲科学家研究电子流在有机光敏染料和钛基材料系统中的情况。研究结果特别有助于提高低成本太阳能电池的效率，有望进行广泛应用，用于纳米技术和清洁能源科学。来源：欧盟纳诺索尔项目

染料敏化太阳能电池（DSSCs：Dye-sensitised solar cells）需要沉积薄膜状光敏染料，就沉积到导电基板上，比一层多孔的二氧化钛（TiO2：titanium oxide）纳米粒子。

染料敏化太阳能电池是一种简单而具有成本效益的替代技术，可取代传统的（p-n结）太阳能电池，效率问题一直是一个绊脚石，阻碍着它的广泛应用。

欧洲研究人员获得欧盟纳诺索尔（Nanosol）项目资金的支持，试图详细分析三种新型无金属有机染料的光伏性能。

具体而言，他们研究了这种染料在溶液中的情况，以及在9种不同形态的掺钛介孔材料（mesoporous：孔的直径为2-50纳米）中的情况，分别研究了存在和不存在二氧化钛纳米粒子时的情况。

研究自由染料在溶液中的情况表明，重要的是某种状态的电荷转移复合物（charge transfer complex）对染料光伏性能的作用，电荷转移复合物把电荷分配在分子中的给体-受体接口，研究也表明溶剂对效率的作用。

进一步研究染料，在存在常规使用的二氧化钛纳米粒子的情况下，表明有重要的电子动力学存在于飞秒（千万亿分之一秒）尺度，这就可以深入理解有效的电荷分离和太阳能电池的性能。

钛纳米管具有一维结构，也进行了研究，对比二氧化钛纳米粒子，表现出类似的电子动力学。

最后，掺钛硅介孔筛，也就是另一种一维材料，也进行了评估。虽然在材料本身观察到存在很好的电子动力学，但是，制成的太阳能电池的表现不佳，原因是低效的染料加载和有限的电子传输。

纳诺索尔项目的研究人员表征了钛基材料与一种重要的有机染料的相互作用，这涉及到染料敏化太阳能电池，重点是太阳能电池的效率。

这些研究结果实际上非常有用，未来可设计更高效的染料敏化太阳能电池，促进它们的广泛应用。这样的开发具有成本效益，有利于制造商和消费者，而且有助于减少对化石燃料的依赖。

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