Angew. Chem. ：一种多功能复合光阳极用于染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池(DSSCs)因其成本低、制备简单、光电转换效率较高等优点，成为极具应用前景的新一代光伏设备。目前，DSSCs器件已经实现了14.3%的最高光电转换效率，但是基于N719染料的DSSCs的光电转换效率仅为11.5%左右。造成这一现象的原因主要包括以下两点：其一，敏化剂分子的光捕获能力受限，只能吸收来自紫外和可见区域的光；其二，光阳极与电解质界面处的电荷没有及时分离而产生电荷的重组。针对上述问题，通过扩大敏化剂的吸光范围和加速光阳极与电解质界面处的电荷分离是提高DSSCs光电性能的有效解决方案。

近日，河南大学的郭续更副教授、王丽教授和张敬来教授合作，设计了一种包含P25纳米颗粒、TiO₂空心球(TiO₂-HSs)、Au纳米颗粒(AuNPs)和NaYF₄:Yb,Er@NaLuF4:Eu@SiO₂上转换纳米颗粒(Er@Eu@SiO₂ UCNPs)的多功能复合光阳极材料，大幅提升了DSSCs的光电性能。

该复合光阳极以P25为透明层，以TiO₂-HSs和Er@Eu@SiO₂ UCNPs为光散射层，显著拓宽了N719染料的吸光范围。最后，通过简单的等离激元处理，在光散射层薄膜上原位生长AuNPs，进一步增强了N719的光吸收能力。在此，使用紫外光触发AuNPs的表面等离子体共振(SPR)效应，SPR场增强效应不仅加快了光阳极材料的反应进程，还促使UCNPs吸收更多的红外光。此外，AuNPs产生的晶体缺陷也阻止了电子与空穴的重组。研究表明，制备的多功能复合光阳极不仅具有良好的兼容性，还在模拟太阳光下收获了14.13%的光电转换效率，这是目前使用传统N719染料作为敏化剂的DSSCs的最高效率。值得注意的是，稳态实验进一步表明，在180 h的稳态测试后，电池的光电转换效率仍然保持95.33%，表现出良好的设备稳定性。

综上，这种多功能复合光阳极的独特设计为研究其多组分之间的协同作用机制以及开发具有广泛应用前景的新型光阳极材料提供了一种新的途径。

论文信息

Boosting the Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cells by a Multifunctional Composite Photoanode to 14.13%

Siqi Zhang, Fuhua Huang, Xugeng Guo,* Ye Xiong, Yafei Huang, Hans Ågren, Li Wang,* Jinglai Zhang*

文章的第一作者是河南大学的2020级硕士研究生张思琪。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202302753