染料敏化电池结构组成

主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。

染料敏化太阳电池结构示意图

⑴ 染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态;

⑵ 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中;

⑶ 电子扩散至导电基底，后流入外电路中;

⑷ 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生;

⑸ 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环;

⑹ 和 ⑺ 分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合

研究结果表明:只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输;染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上;染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚，有待于进一步研究。

通过近二十年的研究与优化，染料敏化太阳能电池的效率已经超过了13%。这种电池的突出优点是高效率、低成本、制备简单，因此有望成为传统硅基太阳能电池的有力竞争者。

为了有效地收集太阳能，人们尝试了各种方法，比如开发大面积、高效、低成本的太阳能电池。目前已有产业化的晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳能电池，部分投产的薄膜电池(非晶/微晶硅硅基薄膜、碲化镉和铜铟镓硒)，以及主要处于研究中的染料敏化电池、有机薄膜电池等。

新加坡南洋理工大学能源研究所的科学家们研发出一种新型太阳能电池，称为"染料敏化电池"。以往制作太阳能电池主要是以硅晶为主要原料，而这种新型太阳能电池的发明是受到植物光合作用的启发，参照叶绿素可以把光原子转换成能量的原理，利用比较稳定的人工染料捕捉光谱中几乎所有的可见光。

电池的导电部分是由纳米级二氧化钛颗粒和帮助导电的电解质，以及金属钌衍生物的染料组成。与传统硅晶太阳能电池相比，这种新型太阳能电池可以吸收直射阳光以及漫射光源(如室内灯光等)。

二氧化钛通常都用在油漆、防晒霜和食用色素中，成本低廉，适合大量生产。导电层可涂在玻璃板或者塑料片上，轻巧且有韧性，并可双面吸收光线。，然而，电池片回收站的日益扩大，对城市的美化起到了不可磨灭的作用。

据透露，该新型太阳能电池尚处于小面积实验阶段，主要困难是要找到合适的聚合物，因为它不仅要能与二氧化钛和染料融合，而且还要有较好的透光度。专家说，这种新型电池一旦最终走向市场，不仅可以把导电涂层涂抹在衣服上，而且还能涂在建筑玻璃外墙甚至车窗上，将打破太阳能板只能"躺"着接收太阳光的局限。

据悉，染料敏化电池虽然把光能转换为电能的效率不及传统太阳能电池，但因其在日照不佳的情况下也能正常运作，因此采光时间更长，制造的电能也更多，比较适合地处热带且云层密布的国家和地区。