综述：从智能家居到太空探索：染料敏化太阳能电池（DSSC）作为未来世界的可持续能源模型

这篇综述系统探讨了染料敏化太阳能电池（DSSC）作为第三代光伏技术的应用潜力，涵盖室内（如IoT设备、可穿戴电子）与户外（如建筑一体化光伏BIPV、农业光伏）场景，并分析了其与超级电容器（SC）的集成及人工智能（AI）优化策略。文章强调DSSC在低光效率（室内PCE达38%）、柔性设计和成本优势（<0.5美元/W）上的突破，同时指出电解质不稳定性和商业化挑战。

　　

引言

全球能源危机与气候变化的双重压力下，太阳能技术成为可持续发展的重要突破口。染料敏化太阳能电池（DSSC）凭借其仿生光合作用原理、低成本和环境适应性，成为第三代光伏技术中的佼佼者。不同于传统硅基电池，DSSC在弱光条件下仍能保持高效输出，为从智能家居到太空探索的多元化应用提供了可能。

DSC的应用视角

室内应用
DSSC在200-2000 lux的室内光环境下表现优异，其效率可达硅基电池的3倍。例如，印度CSIR-NIIST团队开发的RJ-C6染料在4000 lux下实现40%的转换效率，为电子货架标签和医疗传感器供电。Ricoh公司则推出固态DSSC模块，集成于办公家具中，为移动设备充电。

物联网（IoT）
全球IoT设备数量预计2030年达400亿台，DSSC的自供电特性成为理想解决方案。实验显示，XY1:L1染料组装的DSSC在1000 lux下输出0.91 V电压，驱动基于ATmega328P的AI节点，实现光能到信息的直接转换。

柔性电子与穿戴设备
通过Pt纳米线电极和室温压制成型技术，柔性DSSC弯曲200次后仍保持90%性能。瑞典Exeger公司将其集成于耳机和狗项圈，在500 lux下功率密度达15.5 μW/cm²
。

生物传感器
DSSC与分子印迹聚合物结合，可检测癌症标志物如癌胚抗原（CEA），灵敏度达0.13 pg/mL。例如，聚吡咯（PPy）修饰的电极通过光电流变化实现无源检测，并耦合电致变色显示实现可视化读数。

户外应用

建筑一体化光伏（BIPV）
瑞士EPFL大楼的280 m²
DSSC幕墙（效率4%）兼具发电与遮阳功能。意大利团队开发的半透明模块（35.7%透光率）在85°C下稳定运行1000小时，验证了其建筑适配性。

水下与太空场景
基于藻红蛋白（B-PE）的DSSC在525 nm绿光区效率达1%，适用于水下传感器。NASA测试显示，液态电解质DSSC在真空和?80°C至80°C热循环中性能仅衰减4.6%，预示太空应用潜力。

农业光伏
意大利的TTZ8染料DSSC温室过滤特定波长，番茄的β-胡萝卜素含量提升26%，同时发电效率达6.1%。

能量存储与AI优化

超级电容器集成
石墨烯增强的DSSC-SC混合器件在0.3 sun下效率达1.46%。复旦大学开发的“能源纤维”可弯曲1000次，存储效率超90%。

机器学习驱动设计
XGBoost模型预测染料λ_max
的R2为0.87，而深度学习筛选出238种PCE>8%的候选染料。随机森林（RF）优化TiO₂
孔隙率，使实验效率与预测值（4.17%）吻合度达99.87%。

挑战与展望

尽管DSSC面临电解质挥发（I₃
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稳定性差）和染料光降解（如N719紫外敏感）等问题，固态电解质和仿生染料设计正逐步解决这些瓶颈。未来，DSSC或将在分布式能源和极端环境中重塑光伏技术格局，而AI与跨学科创新将加速这一进程。