隨著能源沖突日益明顯，尋找清潔和可持續的能源已成為一個世界性問題。中國作為全球最大的太陽能電池生產國和需求國，發揮著越來越重要的作用。

染料敏化太陽能電池屬于下一代光伏技術，在工業化過程中已成為色彩艷麗的透明面板。去除電解液中的揮發性成分，確保高效耐用，是戶外設備長期應用的前提。

近期，浙江大學化學系王鵬教授課題組和瑞士聯邦理工學院Michael Gr?tzel教授課題組在染料敏化太陽能電池的研究取得重要進展光和熱。中外科學家根據理論計算和他們較早開發的模型染料C218，將氰基丙烯酸電子受體替換為苯并噻二唑-乙炔-苯甲酸三元，合成了一種光譜響應更寬的窄帶隙有機染料C268。 ,在二氧化鈦表面與寬能隙染料SC4共接枝，首次開發出耐久性強、能量轉換效率10%的非揮發性染料敏化太陽能電池。

該成果以封面論文的形式發表在Cell Press新創的能源領域旗艦期刊《焦耳》上，并已投產。

焦耳當前封面，內容為奧地利格拉茨科技大樓

新一代能源

模擬光合作用

自然界中植物的光合作用是將太陽光能固定在地球上最有效的過程。染料敏化太陽能電池是模仿光合作用原理研制的一種新型太陽能電池。它由低成本納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質、對電極和導電基板等幾個關鍵元素組成（見圖2）.

如果您了解葉子的結構，您將對染料敏化太陽能電池有很好的了解。從結構上看，染料敏化太陽能電池就像人造樹葉，只是植物中的葉綠素被敏化劑取代，納米多孔半導體膜結構取代了樹葉中的磷化膜。

染料敏化太陽能電池結構

無波動

目前，高效染料敏化電池的電解液使用乙腈作為溶劑。這種溶劑的沸點只有 81.6 攝氏度。與香水一樣，極易揮發，嚴重影響太陽能電池的使用壽命。

王鵬等人使用常溫熔鹽作為電解質，即室溫下完全由離子組成的液態導電材料。這種熔鹽沒有蒸氣壓，不會在火中燃燒。通過大量的理論計算和實驗篩選，他們最終找到了一種低粘度、高電導率的鹽類作為電池的電解液，解決了揮發性溶劑帶來的不穩定因素。

不易分離

染料吸附在納米半導體材料（通常是二氧化鈦）表面，就像墻上的油漆一樣，很容易脫附。

王鵬的研究團隊修改了染料的化學結構，降低了染料的極性染料敏化電池結構，使染料在電解液中的溶解度大大降低，染料像一顆顆牢固的附著在二氧化鈦半導體石上殼。這樣的設計可以讓太陽能電池在戶外工作10到20年。

高效轉化

以往同類太陽能電池能量轉換效率低的原因是太陽能吸收轉化少。

王鵬教授等人在他們之前開發的模型染料C218的基礎上，用三元苯并噻二唑-乙炔-苯甲酸代替氰基丙烯酸電子受體，合成了窄能隙、光譜響應更寬的有機染料C268。通過超快發光動力學測量發現，C268染料基器件短路光電流較大的原因是染料激發態壽命長。在此基礎上，作者在二氧化鈦表面共接枝窄能隙C268染料和寬能隙染料SC4，得到致密強的雜化自組裝單分子層染料敏化電池結構，實現了10%的能量轉換效率。第一次。揮發性染料敏化太陽能電池。該器件在85攝氏度下老化1000小時后，能量轉換效率保持率仍保持在90%以上，具有良好的應用前景。

瑞士科技展覽中心

染料敏化太陽能電池有很多優點：可作為玻璃幕墻、屋頂或窗戶，實現光伏建筑一體化，以低成本實現建筑能源自給自足，無化學污染，良好整體性好，可制成多種顏色，美觀大方；其微光效果好，每天工作時間可達8小時以上，遠高于硅晶太陽能電池每天4小時左右的工作時間，彌補了其相對較低的光效。 這種新型太陽能電池已經進入產業化進程。奧地利第二大城市格拉茨當地科學城的標志性建筑屋頂安裝了千平方米的半透明太陽能電池板（見圖1）；瑞士科技會展中心位于洛桑聯邦理工學院校園北側，在色彩繽紛的染料敏化太陽能電池的裝飾下，這座建筑既科技又華麗（見圖3）?！拔磥硇滦腿玖厦艋柲艹貙⒂懈蟮氖袌?。例如，就歐盟而言，提出到2025年，新建建筑的能源自給能力將占到25%?！蓖貔i說。

該研究得到國家重大科研項目、國家自然科學基金等項目的資助。

（文克以能/研究組提供）