通过二氧化钛（Titania）结构工程实现有机染料–铜电解质染料敏化太阳能电池中的光子管理

《New Journal of Chemistry》：Photon management through titania architecture engineering in organic dye–Cu electrolyte dye sensitized solar cells

通过调控TiO?光阳极的球状颗粒（TS）、扭曲纤维（TF）和花状（TNF）结构，研究了不同形态对Y123有机染料/Cu基DSSC性能的影响。TS结构在室外光照下实现最高效率5.26%，较无散射层提升23.7%，主要归因于其卓越的光散射能力。研究发现各结构的光散射特性和电荷传输动力学存在显著差异，且室内低光条件下散射效应可忽略。

　　

随着染料敏化太阳能电池（DSSCs）的出现，研究人员投入了大量精力通过多种方法来进一步提高其性能。其中，提高光吸收效率仍然是增强光电流生成以及DSSCs整体能量转换效率的有效途径。在光阳极层上添加散射材料层在这方面显示出显著的效果，尤其是在基于N719的DSSCs中。而对于基于有机染料的DSSCs，类似的研究则非常有限。因此，在本研究中，我们探讨了使用三种不同结构的TiO₂的形态依赖性散射效应：球状颗粒（TS）、新型扭曲纤维状结构（TF）和分层花状结构（TNF），这些结构被应用于采用Y123有机染料和铜基氧化还原穿梭体系的DSSC中。我们分析了这些结构的晶体性质、散射效率以及电荷动态，以深入了解基于有机染料的DSSC的工作原理。在所研究的形态中，TS结构表现出最高的效率（5.26%）和较高的光电流密度（8.47 mA cm^?2），其效率比未添加散射层的电池提高了23.7%，比商用散射材料高出13.3%。这种性能提升主要归因于TiO₂优异的光散射能力，使得光子管理更加高效。研究结果表明，每种结构在户外光照条件下对光散射和电荷动态都有独特的贡献。有趣的是，在室内光照条件下，散射效应几乎可以忽略不计，这为低光照环境下的形态特异性光管理提供了新的见解。