染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池作为新一代能源电池的代表,以其低成本,高能效而受到广泛关注。染料敏化电池主要由染料,电池阳极,电解液,对电极四部分结构组成。光照条件下,附着在电池阳极表面的染料受到光子激发而产生电子发电。因此,染料的吸光率对电池性能起着至关重要的影响。受其能带结构限制,目前最常用染料N3只能吸收波长小于700纳米的光能,因此,如何增加染料的吸收光波长范围成为一个热门话题。诸多新型染料,譬如量子点染料及多染料敏化技术被相继开发及研究,然而,如何提高这些新型染料的稳定性仍是一大科研障碍。

另一方面我们可以通过对电池阳极材料进行改性来增强染料敏化电池的吸光率。在电池阳极材料中填充具有光散射功能的新型结构的材料,比如二氧化钛空心球,可以增加电池的光吸收率。然而,染料吸收波长范围的限制依旧制约着染料敏化电池性能的进一步提升。因此,如果我们能调整太阳光谱的范围使之可以为染料所吸收,则可以更大限度的调整染料敏化电池的性能。

如何调整太阳光谱的范围呢?这就需要使用到上转换材料。上转换材料可以把吸收的低能量光子(如红外光)转换成高能量光子(如可见,紫外光),从而实现与染料吸光范围的匹配。来自澳大利亚昆士兰大学王连洲教授课题组的吴霞博士等通过对二氧化钛多层空心球进行上转换材料参杂,合成并制备了同时具有光散射性能及上转化性能的新型电极材料,相比传统采用二氧化钛P25作为电极材料的染料敏化电池,该新型材料的引入可以使其电池效率提高32.7%,实现电池性能从6.87%到9.12%的飞跃。相关工作已在线发布于Adv. Energy Mater. (10.1002/aenm.201200933)