[发明专利]能量供体增强的染料敏化太阳能电池(DSC)、制造DSC的方法以及使用DSC产生光电流的方法

说明书

技术领域

(相关申请)

本申请是由Sean Vail等人发明的、2013年2月4日提交的、序列号13/758,819、代理案号SLA3045、题目为“借助与协作增感染料的共敏化的染料敏化太阳能电池”的申请的部分继续申请，所述申请通过引用结合在本文中。

(技术领域)

本发明总体上涉及染料敏感吸光化学，并且更具体涉及利用电解质中的能量供体材料表现出增强的光伏性能的染料敏化太阳能电池(DSC)以及用两种染料共敏化的染料敏化太阳能电池(DSC)。

背景技术

尽管染料敏化太阳能电池(DSC)作为洁净、价格可承受、且可持续的技术具有提供太阳能的潜力，仍存在许多困难。总体上，凭借在材料和加工两方面的降低的成本，DSC可以提供可与多种薄膜技术相比的能量转换效率(PCE)。尽管事实是已经在DSC中使用单敏化获得了高PCE，许多增感染料在700纳米(nm)以上遭遇光吸收的缺陷。此外，增感剂的选择通常限于展现出宽吸收但是弱吸光度或者在窄波长区域内的强吸光度的那些。在两种情况中，相当多部分的入射太阳光无法被有效地利用。

通常，钌配合物已经证实是用于DSC用途的最有效的增感剂之一。尽管事实是这样，在过去数十年内使用钌配合物获得了PCE的仅仅渐进的改善。考虑到钌配合物昂贵并且钌本身是稀有金属的事实，存在明显的动机以开发含有大量、廉价的金属或完全不含金属的新型增感剂。

尽管显示为用于DSC的有效增感剂，在较短波长下的强吸光度(Soret带)、在较长波长下的较弱吸光度(Q带)、和在间歇区中接近零的吸光度在卟啉的典型光吸收特征中占主导地位。总体上，在宽波长区域内的吸光度的缺陷必定会限制卟啉在DSC中的性能。然而，最近卟啉增感剂展示的潜力已经将此类材料定位为用于DSC用途的传统钌配合物的合理对手。¹

当然，对实现更有效的DSC的主要限制之一存在于，不能用既强又广地沿着直至1000nm(或以上)的波长在适度薄的吸收层内吸收的适合增感剂构建电池。目前，不存在这样的能够满足这种要求的单个增感剂候选物。尽管已经考虑了串联电池作为单结DSC的可行的替代方案，但有效吸收红外线(IR)的增感剂的缺乏阻碍了有效的电流匹配。据此，在DSC中采用共振能量转移(FRET)可以证实是提高光伏性能的有价值的策略。^2，3通常，FRET是这样的机制，光激发的分子通过该机制以非辐射方式将激发能量转移至紧密靠近的不同分子。