染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell，縮寫為DSSC)是基于納米技術發展起來的一種新型的廉價的薄膜太陽能電池。它是基于由光敏電極和電解質構成的半導體，是一個電氣化學系統。染料敏化太陽能電池具有許多吸引人的特征,因為它可以用低廉的材料制成(但實際上它很難擺脫對于貴重金屬鉑和釕的限制，并且它的液態的電極對于各種天氣的適應也是一個嚴重挑戰)，不需要用精細的儀器來制造，這種電池在技術上很有吸引力。而且，其制造過程比以前的電晶體電池要便宜。它可以被制成軟片，機械強度大，不需要特別保護就可以防護樹枝或者冰雹的撞擊。雖然它的能量轉換效率比最好的薄膜電池要低，但理論上它們的性價比較高。

目前對染料敏化太陽電池(DSSC)的研究主要集中在二氧化鈦薄膜材料、電解液開發、染料分子設計等方面。同時，如何提高光的利用率，從而提高染料敏化太陽電池(DSSC)的光電轉換效率一直是該領域的研究熱點。

染料敏化太陽電池(DSSC)的工作原理

DSSC 工作原理圖（來源于網絡）

首先，吸附在納米TiO₂電極表面的光敏劑分子吸收入射光子通量，并從基態(S)激發到激發態(S^*)。一種類型的光激發導致電子從光敏劑的最高占據分子軌道(HOMO)轉移到最低未占分子軌道(LUMO)。隨后將激發的電子注入到TiO₂電極的導帶中，使光敏劑分子氧化。注入的電子通過TiO₂電極向透明導電氧化物(TCO)涂層電極擴散，并通過外部負載和布線，最終到達反電極。氧化光敏劑在電解液中被I-離子還原，使光敏劑的基態再生，I^-離子被氧化成I₃^-離子。I₃^-離子向反電極擴散，在反電極上還原為I^-離子。總體而言，電力是在沒有永久化學轉化的情況下產生的。

染料敏化太陽能電池(DSSC)材料是指制造屬于薄膜太陽能電池組的低成本太陽能電池的材料。

在染料敏化太陽電池(DSSC)中，光敏劑是影響太陽能電池性能的最重要成分之一，因為光敏劑的選擇既決定了DSSC的光響應速度，也將啟動初步的光子吸收和后續的電子轉移過程。目前除了傳統的釕配合物光敏劑外，也對有機染料形式的無金屬類似物進行研究開發，同時有機染料光敏劑的光伏性能也在不斷提高。

一般能夠應用于染料敏化太陽能電池的染料應具備以下幾個條件：

1、具有很寬的吸收帶，可以吸收盡可能多的太陽光；

2、具有長期的穩定性，能經得起無數次的激發-氧化-還原過程；

3、有很好的吸附性，既能夠快速達到吸收平衡，又不易脫落；

4、足夠負的激發態氧化還原電勢，以保證染料激發態電子注入二氧化鈦導帶；

5、激發態壽命足夠長且有高的電荷傳輸效率；

6、基態的染料敏化劑不與溶液中的氧化還原對發生作用；

7、在氧化還原過程中勢壘相對較低，以便在初級和次級電子轉移中的自由能損失最小。

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