染料敏化太陽能電池能源轉(zhuǎn)換效率首次超過10%

:京都大學物質(zhì)-細胞綜合系統(tǒng)研究所 (Integrated Cell-Material Sciences, iCeMS) 的研究者們通過調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高了目前比較流行的染料敏化太陽能電池*1的太陽能-電能轉(zhuǎn)化效率。該團隊在由美國化學會志（JACS）發(fā)行的報告中稱，通過進行一系列適當?shù)母脑旌头肿釉O(shè)計，他們開創(chuàng)了新的太陽能電池技術(shù)，使該種染料敏化太陽能電池的能源轉(zhuǎn)換效率達到最高(10.7％)，這也是首次使該類電池轉(zhuǎn)換效率超過10%。

（來源：微信公眾號“客觀日本” ID：keguanjp）

目前比較流行的染料敏化太陽能電池由包覆有分子染料的多孔二氧化鈦層構(gòu)成。當太陽光被吸收時，染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，再由染料分子與二氧化鈦組成的異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)將電子從激發(fā)態(tài)的染料分子轉(zhuǎn)移到陽極的半導體二氧化鈦的導帶中，以完成電池充電并將來用于能量供給。隨后電子擴散至導電基底并流入到外電路中。被外電路利用后，電子會流到陰極上，使恢復(fù)到還原狀態(tài)的電解質(zhì)將氧化鈦的染料分子還原再生，來完成一個電池循環(huán)。由于這種染料敏化電池重量輕且密度低，它們作為當前屋頂太陽能電池板的替代材料具有相當高的行業(yè)吸引力。

但是該太陽能電池的組織方法有很多種，其中將融入到卟啉*2中的芳香環(huán)作為敏化劑最具吸引力，因為能夠充分吸收太陽光中的紅光。然而這種方法也有它的缺點：被激發(fā)的電子很容易被復(fù)合消失，壽命很短，使能源轉(zhuǎn)換變得十分困難。為了提高轉(zhuǎn)換效率，該團隊嘗試了與卟啉融合的亞甲基橋接材料。他們相信，通過抑制電子-空穴對復(fù)合和加強能量轉(zhuǎn)化，他們將克服該方法的這一缺點。借助于新的染料分子—DfZnP-iPr, 該團隊確實實現(xiàn)了比之前報道更高的轉(zhuǎn)換效率，這一新研究成果將重振對該種高性能太陽能電池芳香族稠合卟啉敏化劑的探索。

“人們越來越關(guān)注化石燃料的使用和環(huán)境保護問題，迫使我們更加努力地去改善可持續(xù)能源利用系統(tǒng)。我們的這一研究工作有效提高了低重量密度太陽能技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率，希望這將促進用于高性能染料敏化太陽能電池的芳香族稠合卟啉敏化劑的進一步探索。” 京都大學物質(zhì)-細胞綜合系統(tǒng)研究所（iCeMS）的今堀 博說道。

圖1. 一種可提高太陽能電池效率的新分子染料（繪圖：高宮泉水）

原標題:染料敏化太陽能電池能源轉(zhuǎn)換效率首次超過10%