京都大学物质-细胞综合系统研究所 (Integrated Cell-Material Sciences, iCeMS) 的研究者们通过调整和优化结构，提高了目前比较流行的染料敏化太阳能电池*1的太阳能-电能转化效率。该团队在由美国化学会志（JACS）发行的报告中称，通过进行一系列适当的改造和分子设计，他们开创了新的太阳能电池技术，使该种染料敏化太阳能电池的能源转换效率达到最高(10.7％)，这也是首次使该类电池转换效率超过10%。
目前比较流行的染料敏化太阳能电池由包覆有分子染料的多孔二氧化钛层构成。当太阳光被吸收时，染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态，再由染料分子与二氧化钛组成的异质结能带结构将电子从激发态的染料分子转移到阳极的半导体二氧化钛的导带中，以完成电池充电并将来用于能量供给。随后电子扩散至导电基底并流入到外电路中。被外电路利用后，电子会流到阴极上，使恢复到还原状态的电解质将氧化钛的染料分子还原再生，来完成一个电池循环。由于这种染料敏化电池重量轻且密度低，它们作为当前屋顶太阳能电池板的替代材料具有相当高的行业吸引力。
但是该太阳能电池的组织方法有很多种，其中将融入到卟啉*2中的芳香环作为敏化剂最具吸引力，因为能够充分吸收太阳光中的红光。然而这种方法也有它的缺点：被激发的电子很容易被复合消失，寿命很短，使能源转换变得十分困难。为了提高转换效率，该团队尝试了与卟啉融合的亚甲基桥接材料。他们相信，通过抑制电子-空穴对复合和加强能量转化，他们将克服该方法的这一缺点。借助于新的染料分子—DfZnP-iPr, 该团队确实实现了比之前报道更高的转换效率，这一新研究成果将重振对该种高性能太阳能电池芳香族稠合卟啉敏化剂的探索。
“人们越来越关注化石燃料的使用和环境保护问题，迫使我们更加努力地去改善可持续能源利用系统。我们的这一研究工作有效提高了低重量密度太阳能技术的转换效率，希望这将促进用于高性能染料敏化太阳能电池的芳香族稠合卟啉敏化剂的进一步探索。” 京都大学物质-细胞综合系统研究所（iCeMS）的今堀 博说道。
图1. 一种可提高太阳能电池效率的新分子染料（绘图：高宫泉水）
供稿 钟维
编辑修改 JST 客观日本编辑部
[用语注解]
原发表文章：J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 25, 9910-9919 [DOI]
