太陽電池的案例
全小分子非富勒烯有機太陽電池效率超過10%
n-OS小分子受體材料具有各向異性的共軛骨架的特點，因而優化p-OS的分子結構來調節全小分子活性層的形貌以形成良好的給體-受體納米尺度相分離的互穿網絡結構，是提高全小分子有機太陽電池光伏性能的重要手段。他們以BDT為中心給體單元、將寡聚噻吩結構引入p-OS分子結構中，合成了兩個p-OS分子SM1和SM2（分子結構見圖1）。基于SM1:IDIC的全小分子有機太陽電池的效率達到10.11%（Chem Mater. 2017,29,7543–7553.），這是全小分子非富勒烯有機太陽電池效率首次突破10%。
在基于噻吩取代BDT的二維共軛聚合物中，硅烷基側鏈可以有效地降低聚合物的HOMO能級，增強吸收和提高空穴遷移率。為了進一步提升全小分子有機太陽電池的光伏性能，他們最近又將硅烷基噻吩為側鏈的二維BDT單元引入到p-OS小分子給體材料中，合成了兩個新的p-OS小分子給體光伏材料H21和H22（分子結構見圖1），并研究了不同末端受體單元對材料物理化學性質及其光伏性能的影響。基于H22：IDIC的全小分子有機太陽電池的光電轉換效率進一步提升到10.29%。這一結果最近發表在《先進材料》（Adv.Mater.,2018,30, 1706361.）上。
展開 近紅外吸光聚合物太陽電池領域取得重要進展
聚合物太陽電池近年取得了不斷突破，很大程度得益于新型有機半導體分子和聚合物的快速發展。有機分子和聚合物通過結構裁剪可大范圍調制其光、電和薄膜性質，從而實現區別于傳統無機太陽電池的多功能性的太陽電池器件，例如可見區透過，近紅外區高光譜響應度的半透明器件和全光譜吸收的疊層器件等。其中，發展新型近紅外吸光的有機半導體材料（帶隙Eg< 1.4 eV）成為領域關注熱點。
浙江大學高分子科學與工程學系的有機半導體實驗室已發展一系列基于非稠合或稠合骨架的近紅外電子受體分子。最近，該實驗室的李昌治研究員和陳紅征教授等設計發展了一類近紅外電子受體分子，通過非對稱橋連基團的區域異構化和調控氟原子取代數目，改善分子共軛結構和軌道能級，獲得了性能優異的近紅外電子受體分子并成功建構響應波長可達1000 nm光譜的高效率聚合物太陽電池。通過進一步與吸光帶邊800 nm的前電池搭配，制備得到高效率聚合物疊層太陽電池。研究成果以“Near-Infrared Electron Acceptors with Fluorinated Regioisomeric Backbone for Highly Efficient Polymer Solar Cells”（具有氟化骨架異構的近紅外電子受體實現高效聚合物太陽電池）為題，發表在Advanced Materials（《先進材料》）上。
圖. 近紅外吸光電子受體分子設計與合成、吸光和熒光譜圖、疊層太陽能電池器件結構、能級和光伏特性曲線
這一成果從分子骨架結構設計入手，通過探索理解其分子結構-薄膜特性-器件性能之間的構效關系，為發展近紅外電子受體分子和近紅外區高光譜響應度的聚合物太陽電池提供了新方法和新途徑。工作得到了華南理工大學葉軒立教授和香港中文大學路新慧教授在光學模擬和薄膜形貌測試方面的支持。
展開 ：非鹵溶劑加工的高效聚噻吩給體有機太陽電池取得新進展
在過去幾年中，受益于新型非富勒烯受體和與之匹配的寬帶隙給體的開發，有機太陽電池的性能得到了突飛猛進的發展，其能量轉換效率（PCE）已成功突破18%。這使得人們越來越憧憬著有機太陽電池技術的產業化應用。對于這項技術未來的產業化應用而言，除了PCE要求高以外，有機太陽電池的制備成本和工作壽命也是同等重要的條件。迄今為止，大部分高效有機太陽電池的活性層材料體系均基于D-A型給體和A-D-A型或A-DA’D-A型非富勒烯受體；而這些結構逐漸復雜的給、受體材料也日益增加了合成復雜性（synthetic complexity，SC）和成本，因此難以降低這些高效材料體系的品質因子（figure of merit，FOM=SC/PCE）來滿足有機太陽電池的產業化應用要求。相對于D-A型給體，聚噻吩給體具有更易于合成和大批量生產的優點。其中，P3HT是目前最典型的聚噻吩給體，僅需三步簡單合成并且可以按千克量級合成得到。但由于P3HT較差的光吸收特性和較高的HOMO能級，基于P3HT給體的有機太陽電池至今尚未能獲得超過10%。另一方面，HOMO能級較低的另一種聚噻吩給體（PDCBT）及其衍生物，與新型非富勒烯受體匹配可以獲得10%~12%的PCE，然而這是基于氯仿、氯苯等鹵素溶劑加工來實現的。因此，如何開發非鹵溶劑加工的高效聚噻吩給體有機太陽電池對于推進這項技術的產業化應用尤為重要。
圖1 Y6-BO、P3HT和 P4T2F-HD的化學結構、能級和光吸收譜圖；該工作中采用的器件結構及所制備器件的J-V曲線。
展開 高品質大面積錫基鈣鈦礦薄膜及太陽電池抽氣制備技術
【引言】
近幾年，鈣鈦礦太陽電池的光電轉化效率屢創新高，在LED、光電探測器等領域也大放異彩，儼然成為一種“萬能材料”。然而，鉛的毒性問題始終是籠罩在電池產業化道路上的一片烏云。為了解決鉛毒問題，人們開始探索非鉛新材料，其中，錫是理論上和實驗上最有潛力成為高效無鉛太陽電池的重要元素。而最基本也是最重要前提是獲得高致密、無針孔的錫基鈣鈦礦薄膜。迄今，取得較好效率的薄膜大多出于反溶劑法，需要使用高毒性溶劑（如氯苯等），正所謂“按下葫蘆浮起瓢”。發展綠色工藝、利用綠色原料、制備高品質大面積（>20 cm2）錫基鈣鈦礦薄膜，是基礎研究的難點，更是工業化技術發展的關鍵。
【成果簡介】
近期，西安交通大學材料學院（材料國家重點實驗室）楊冠軍教授課題組在美國化學會旗下的國際知名期刊ACS Applied Materials & Interface上發表題為“Green Solution-Processed Tin-BasedPerovskite Films for Lead-Free Planar Photovoltaic Devices”的研究論文。論文第一作者為西安交通大學材料學院2017級博士研究生李小磊。利用課題組自主發展的液膜抽氣技術實現了高致密、無針孔錫基鈣鈦礦薄膜的制備，首次獲得了大面積（>20 cm2）錫基鈣鈦礦薄膜，摒棄高毒反溶劑、膜層材料無鉛、制備工藝高效環保，為未來錫基鈣鈦礦太陽電池的大面積制備和工業化應用提供了切實可行的技術路徑。最后，將抽氣處理的錫基鈣鈦礦薄膜應用在正向平面鈣鈦礦太陽電池中，實現了1.85%的轉換效率，這是c-TiO2/Sn-Perovskite/HTM/Au結構中目前報道的最高效率。
展開 
華南理工大學黃飛/張凱等AFM：在疊層有機太陽電池方面取得新進展
由于具有質輕、柔性、低成本以及適用于卷對卷大面積印刷加工等一系列優勢，有機太陽電池在便攜式供電設備方面具備很大的應用潛力。但相對于其他基于無機材料的太陽電池，有機太陽電池的能量轉換效率還較低，其重要限制因素之一是存在較大的能量損失。為了降低其能量損失，大量研究集中在新材料的設計開發以及相應物理機制的探索上。而另一方面，構建串聯疊層器件是減少能量損失從而提高光電轉化效率的一種有效策略。串聯結構可以同時減少器件的熱能化損失和透射損失：高能光子可以通過前層電池中寬帶隙材料的吸收而降低熱能化損失，低能光子可以被后層電池中的窄帶隙材料吸收而降低透射損耗，從而高能光子和低能光子在疊層電池中都可以得到有效利用。
為了在疊層器件中獲得高的光電轉化效率，最重要的考量因素之一是選擇具有互補吸收的前層子電池和后層子電池，最大程度減少光譜重疊并擴展太陽光譜吸收，從而獲得高光電流。而對于給定的前層子電池和后層子電池組合，絕大多數研究工作采取的策略是在單結器件最佳給受體比例的基礎上調節前后層子電池的厚度，從而達到電流平衡以獲得最優的疊層器件。但是通常來說，疊層器件中前層子電池或后層子電池的最佳厚度往往與單結器件中的最佳厚度差異較大。在大多數情況下，為了確保足夠的光子吸收從而與另一子電池達到電流平衡，疊層器件中子電池的最優厚度相對于單結器件的最優厚度往往會大大增加。然而，由于有機半導體本身較低的載流子遷移率，當增加子電池的厚度時，通常會導致其內部電荷復合加劇，從而影響整個疊層器件性能。
近日，華南理工大學黃飛教授團隊提出通過增加前層子電池中具有更高吸收系數的非富勒烯受體的比例，可以在相對較低活性層厚度情況下達到和后層子電池之間光電流的平衡。
展開 武漢大學閔杰研究員課題組《Joule》：全聚合物和單組份太陽電池研究取得新進展
全聚合物太陽電池（All-PSCs）是由P-型聚合物作為電子給體材料和N-型聚合物作為電子受體材料制備的新型有機太陽電池。相比較于非富勒烯小分子電池，All-PSCs通常表現出優異的光熱穩定性和機械性能。因此，發展高效且穩定的All-PSCs具有重要的科學意義和商業價值。然而，All-PSCs的能量轉化效率（PCE）一直落后于非富勒烯小分子電池，發展窄帶隙的N-型聚合物是減少All-PSCs與其他類型有機太陽電池性能差距的有效策略。近年來對聚合物電子受體材料的探索，特別是小分子受體聚合物化策略的提出，使得All-PSCs在有機太陽電池領域得到復興并極大地提升了其光電性能。
閔杰研究員課題組
率先將Y系列稠環小分子受體聚合物化，合成了聚合物受體PYT，該聚合物受體不僅具有高吸光系數
1.0×10
5
cm
-1
，而且其光學帶隙僅為1.40 eV。通過引入聚合物PM6作為給體材料，并微調PYT的分子量來精細優化活性層形貌，從而獲得了超過13.43%的PCE；另外，相較于對應的Y系列小分子體系，其穩定性也獲得了明顯的提升
（Joule2020,4, 1070-1086;Sci. China Chem.2020,63, 1449-1460）。為了進一步提升All-PSCs的效率和穩定性，課題組通過分子設計、形貌調控、三元共混等策略出發，制備出了性能更加優異的全聚合物光伏體系（如圖1所示）。
圖1 課題組與合作者開發的新型聚合物受體材料及其研究成果示意圖
在材料設計方面，課題組在PYT結構中引入酯基取代的噻吩單元，通過該單元的聚合比例來調控材料聚集行為，獲得了13.60%的PCE（Sol.
展開 Commun.報道9.2%效率Sb2Se3太陽電池
制備完成的太陽電池獲得了較高的填充因子（70.3%）和短路電流密度（32.58 mA/cm2），以及9.2%的全面積（0.26 cm2）光電轉換效率。此外，將該納米棒陣列結構的Sb2Se3太陽電池存放于空氣中，500個小時內仍能保證97%的初始光電轉換效率，顯示了良好的穩定性。
【圖文導讀】
圖1 Sb
2Se
3納米棒陣列的結構表征：
a 表面形貌圖，b 截面形貌圖，c XRD圖，d 截面TEM圖，e 表面HRTEM圖，f SAED圖
圖2 Sb
2Se
3由薄膜向納米棒陣列的演變：
不同沉積時間的Sb2Se3表面形貌圖，a 60s, b 120s, c 160s, d 180s 及截面形貌圖e 60s, f 120s, g 160s, h 180s
圖3 CdS/Sb
2Se
3異質結界面特性：
a 表面形貌圖， b 截面形貌圖，c d 截面TEM圖，e HAADF-STEM及EDS圖
圖4 Sb
2Se
3納米棒陣列太陽電池的結構及電學特性：
a 納米棒陣列及器件的原理圖，b 截面形貌圖，c 表面形貌圖，d 最優器件J-V曲線，e EQE光譜，f 100個太陽電池的效率分布直方圖，g 沉積及沒有沉積氧化鈦的器件的VOC衰減曲線
該工作得到了國家自然科學基金（61804040）、人社部留學回國人員科技活動擇優資助項目（CG2015003004）、河北省自然科學基金（E2016201028）以及河北大學高層次人才引進啟動經費（801260201001）等項目的支持。
展開 曹鏞院士團隊在《Nature Energy》發表聚合物太陽電池研究成果
近日，華南理工大學曹鏞院士團隊通過化學結構微調控設計聚合物光伏材料，實現1 cm2聚合物太陽電池的認證光伏效率超過12%，相關成果以“Fine-tuning of thechemical structure of photoactive materials for highly efficient organicphotovoltaics”為題，發表于國際著名期刊《Nature Energy》。論文第一作者為樊寶兵博士，通訊作者為黃飛教授、應磊研究員，以及愛爾蘭根-紐倫堡大學李寧博士，華南理工大學為論文第一單位。
光伏技術可將清潔、可再生太陽能轉換為人類可以直接利用的電能。聚合物太陽電池具有制備成本低、光電特性易調節、可實現半透明以及可制成大面積柔性器件等優點，具有巨大的商業價值和應用前景。通常，高效聚合物太陽電池僅能在很小的有效輻照面積（< 0.05 cm2）時才能實現。該研究從聚合物給體材料的化學結構微調控著手，發展了一系列新型電子給體，通過研究其光學、電學、以及聚集特性的差異與規律，獲得的最佳材料組合在1 cm2器件中獲得12.25%光電轉換效率，并具有極優異的穩定性，展現出廣闊的市場應用前景。
展開 陳義旺/胡笑添課題組：非潤濕導電高分子陽極界面層制備高性能柔性鈣鈦礦太陽電池
南昌大學/江西師范大學陳義旺教授課題組提出了采用一種非潤濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）做為空穴傳輸層制得高性能的柔性鈣鈦礦太陽電池。研究發現，Oil-PEDOT有著很好的結晶性和可印刷性，在非摻雜的狀態下有良好的導電性和電荷傳輸性能，在調控了大面積柔性鈣鈦礦的結晶質量后，器件的機械穩定性得到很大提升。
鈣鈦礦由于其優異的光電性能和結晶性在光伏器件中得到了廣泛應用。過去十年里，在研究人員的不懈努力下，鈣鈦礦太陽電池得到了突飛猛進的發展，最高認證效率（NREL）已經超過了25%。然而，大面積柔性鈣鈦礦薄膜結晶質量不佳和高成本的物料依然是限制鈣鈦礦太陽電池朝商業化進軍的重要因素。最近陳義旺教授課題組合成了一種非潤濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）并將其作為陽極界面層應用在柔性鈣鈦礦器件當中。
作者首先對合成的Oil-PEDOT進行了初步的光學和電學表征，相比于參考樣品（PEDOT:PSS），其性能有一定改善，如圖1所示。進一步研究后發現Oil-PEDOT中PEDOT組分含量要遠高于PEDOT:PSS，同時在相應的薄膜上也觀察到Oil-PEDOT的結晶性要強于PEDOT:PSS，具有島狀結晶的Oil-PEDOT更利于電荷傳輸同時也改善了上層鈣鈦礦的結晶生長質量。此外，在光學顯微鏡下觀察到Oil-PEDOT不存在很明顯的液邊擴張現象，從而可以印證其相比于參考墨水（PEDOT:PSS）來說具有更優的可印刷性，如圖2所示。
圖1 合成工藝及光學性能圖。
圖2 材料的性能和形貌表征。
作者進一步在優化后的陽極界面層上沉積鈣鈦礦，發現其上層鈣鈦礦的晶體質量得到明顯改善，這與Oil-PEDOT上鈣鈦礦成核和結晶時間的降低有關。
展開 基于分子鈍化的二維/三維鈣鈦礦本體異質結實現穩定高效甲脒基鈣鈦礦太陽電池制備
電池效率統計直方圖
【小結】
綜上所述，通過將二維/三維本體異質結和晶界鈍化策略相結合，使器件效率由傳統的19.15%提升至20.62%。研究發現，二維Ruddlesden-Popper型鈣鈦礦的引入，可以優化鈣鈦礦的成膜過程，增大鈣鈦礦的晶粒尺寸；少量鹵素離子摻雜有助于晶體沿外平面方向生長，促進電荷沿垂直方向的傳輸；同時帶有路易斯堿功能基團的半導體有機小分子的引入，可以進一步鈍化鈣鈦礦內部缺陷，提升鈣鈦礦載流子遷移率。此外，分子鈍化后的二維/三維鈣鈦礦薄膜展現出良好的耐濕性和空氣穩定性，在40%的濕度環境下存放60天仍維持其原有效率的87%。此項研究工作創新性地實現了分子鈍化與二維/三維鈣鈦礦本體異質結的融合，為制備無Cs+/MA+摻雜的高效穩定甲脒基鈣鈦礦太陽電池提供了新的思路和方法，有望為推動鈣鈦礦太陽電池走向商業應用做出貢獻。
展開 陳義旺/胡笑添課題組：非潤濕導電高分子陽極界面層制備高性能柔性鈣鈦礦太陽電池
：準平面異質結助力揭示有機太陽電池形貌演變
南昌大學陳義旺教授課題組《Adv. Funct. Mater.》：通過抑制能量損失印刷制備有機太陽能電池取得進展
南昌大學陳義旺教授和諶烈教授研究團隊利用無規共聚策略精準調控有機太陽能電池活性層形貌取得新進展
南昌大學陳義旺教授和諶烈教授研究團隊利用側鏈工程精準調控聚合物給體太陽能電池整體性能參數取得新進展
南昌大學陳義旺教授和諶烈教授研究團隊在端基四氟取代的非富勒烯受體用于高效三組分“合金”型太陽能電池研究方面取得新進展
向自然學習-南昌大學陳義旺教授團隊首次提出貽貝仿生法提高氧化鋅耐彎折性實現有機太陽能電池柔性設計
南昌大學陳義旺教授課題組系統評述：無規共聚策略設計聚合物太陽能電池的展望與思考
南昌大學陳義旺教授和諶烈教授課題組：高結晶性誘導小驅動力實現聚合物太陽能電池光電轉化效率超過11%
南昌大學陳義旺教授和諶烈教授研究團隊通過無規共聚精準調控有機太陽能電池給受體分子取得新進展
中科院化學所宋延林研究員課題組和南昌大學陳義旺教授課題組：綠色印刷制備可穿戴的鈣鈦礦太陽能電池
南昌大學陳義旺教授課題組在室溫加工的有機太陽能電池上取得新進展
南昌大學陳義旺教授課題組在有機太陽能電池熱穩定性研究方面取得進展
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展開 
華南理工大學段春暉教授課題組JMCA：給體聚合物中引入3, 4-二氰基噻吩降低有機太陽電池的能量損失
近年來，有機太陽電池（OSCs）發展迅速，其能量轉換效率（PCE）已超過18%，但仍落后于硅基和鈣鈦礦太陽電池。這主要是因為有機太陽電池中存在較大的能量損失，特別是非輻射復合能量損失。因此，探索降低非輻射復合能量損失的新方法具有重要的研究意義。
近日，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室段春暉教授課題組聯合武漢工程大學劉治田教授和高翔副教授、天津大學葉龍教授、華南理工大學吳宏濱教授在Journal of Materials Chemistry A上發表最新研究成果 “Ternary copolymers containing 3,4-dicyanothiophene for efficient organic solar cells with reduced energy loss”。 華南理工大學的博士生張月為該論文的第一作者。在該課題組前期工作基礎上（Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1904247），該工作將結構簡單、具有強吸電子能力的3,4-二氰基噻吩（DCT）單元引入到聚合物給體PBDB-TF的骨架中，通過三元共聚的方法合成了具有不同DCT含量的給體聚合物PFBCNTx（圖1）。DCT的引入能夠降低給體聚合物的HOMO能級（圖2c），提高器件的開路電壓（Voc）。該方法與常用的引入F原子降低聚合物給體HOMO能級的方法相比，具有合成簡單、不需要使用危險試劑的優勢。將這些聚合物給體分別與光譜互補的Y6-BO受體進行搭配（圖2a, b），通過器件加工方法的優化，基于PFBCNT20:Y6-BO:PC71BM的三元OSCs具有高的PCE（16.6%）和低的非輻射復合能量損失（0.22 eV）。
展開 暨南大學唐群委團隊Adv Energy Mater：全無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽電池效率突破10%
Ed. (2018, 57, 3787-3791; 2018, 57, 5746-5749)發表兩篇重要工作之后，又一次在國際頂級雜志發表論文，推動了全無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽電池的發展。
【圖文簡介】
圖一 稀土摻雜無機鈣鈦礦電池的晶體結構表征
（a）無機鈣鈦礦薄膜的表面SEM圖。
（b）無機鈣鈦礦薄膜的斷面SEM圖。
（c）無機鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜。
（d）無機鈣鈦礦薄膜的晶格常數的變化曲線。
（e）Pb 4f的高分辨率XPS圖譜。
圖二 稀土摻雜無機鈣鈦礦電池的光伏性能表征
（a）電池結構斷面圖。
（b）不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦電池的J-V曲線。
（c）不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦電池的IPCE曲線。
（d）五種鈣鈦礦太陽能電池的效率穩態輸出。
圖三 載流子壽命測試表征
不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦薄膜的瞬態熒光衰減測試。
圖四 電荷復合測試表征
（a）短路電流密度與光強的關系。
（b）開路電壓與光強的關系。
（c）缺陷態密度測試。
（d）Tafer曲線測試
圖五 穩定性測試表征
（a）電池在RH = 80%，T = 25 ℃下的穩定性。
展開 《Joule》封面：模擬光合作用，浙大首次研制出轉化率達10%的敏化太陽能電池
中國作為全球最大的太陽能電池生產國和需求國，正在發揮越來越重要的作用。
染料敏化太陽電池屬于下一代光伏技術，作為色彩絢麗的透明電板在產業化方面已嶄露頭角。去除電解質中的揮發性組分并保證高效率和耐久性是獲得戶外器件長期應用的先決條件。
近日，浙江大學化學系王鵬教授課題組與瑞士聯邦理工學院Michael Gr?tzel教授課題組合作，在光熱穩定的染料敏化太陽能電池研究方面取得了重要進展。中外科學家基于理論計算和他們前期開發的模型染料C218，將氰基丙烯酸電子受體用三元苯并噻二唑-乙炔-苯甲酸替代，合成出具有更寬光譜響應的窄能隙有機染料C268，與寬能隙的染料SC4在二氧化鈦表面共接枝，首次研制出強耐久且能量轉換效率達10%的無揮發染料敏化太陽能電池。
這一成果以封面論文形式發表于細胞出版社新創立的能源領域旗艦期刊《焦耳》（Joule）上，并已經投入生產使用。
Joule當期封面，內容為奧地利格拉茨的科技大廈
新一代能源
模擬光合作用
自然界中植物的光合作用，是地球上最為有效的固定太陽光能的過程，染料敏化太陽電池就是模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池。其由低成本的納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質、對電極和導電基底幾個關鍵元件組成（見圖2）。
如果知道樹葉的結構，你會很好地理解染料敏化太陽電池。從結構上來看，染料敏化太陽電池就像人工制作的樹葉，只是植物中的葉綠素被敏化劑所代替、而納米多孔半導體薄膜結構則取代了樹葉中的磷酸類酯膜。
染料敏化太陽電池結構
無揮發性
目前高效的染料敏化電池的電解液都采用乙腈作為溶劑，這種溶劑沸點僅有81.6攝氏度，就像香水一樣，極易揮發，嚴重影響太陽電池的使用壽命。
王鵬等人使用室溫熔鹽作為電解質，也就是在室溫下，完全由離子組成的液體導電材料。
展開 浙大首次研制出轉化率10%的敏化太陽能電池！
中國作為全球最大的太陽能電池生產國和需求國，正在發揮越來越重要的作用。
染料敏化太陽電池屬于下一代光伏技術，作為色彩絢麗的透明電板在產業化方面已嶄露頭角。去除電解質中的揮發性組分并保證高效率和耐久性是獲得戶外器件長期應用的先決條件。
近日，浙江大學化學系王鵬教授課題組與瑞士聯邦理工學院Michael Gr?tzel教授課題組合作，在光熱穩定的染料敏化太陽能電池研究方面取得了重要進展。中外科學家基于理論計算和他們前期開發的模型染料C218，將氰基丙烯酸電子受體用三元苯并噻二唑-乙炔-苯甲酸替代，合成出具有更寬光譜響應的窄能隙有機染料C268，與寬能隙的染料SC4在二氧化鈦表面共接枝，首次研制出強耐久且能量轉換效率達10%的無揮發染料敏化太陽能電池。
這一成果以封面論文形式發表于細胞出版社新創立的能源領域旗艦期刊《焦耳》（Joule）上，并已經投入生產使用。
Joule當期封面，內容為奧地利格拉茨的科技大廈
新一代能源，模擬光合作用
自然界中植物的光合作用，是地球上最為有效的固定太陽光能的過程，染料敏化太陽電池就是模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池。其由低成本的納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質、對電極和導電基底幾個關鍵元件組成。
如果知道樹葉的結構，你會很好地理解染料敏化太陽電池。從結構上來看，染料敏化太陽電池就像人工制作的樹葉，只是植物中的葉綠素被敏化劑所代替、而納米多孔半導體薄膜結構則取代了樹葉中的磷酸類酯膜。
染料敏化太陽電池結構
無揮發性
目前高效的染料敏化電池的電解液都采用乙腈作為溶劑，這種溶劑沸點僅有81.6攝氏度，就像香水一樣，極易揮發，嚴重影響太陽電池的使用壽命。
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