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研究人員已經研發出一種可以提高技術中敏化劑效能的新型化合物，以補充當前的光伏技術。
科學家們將敏化太陽能電池作為當前光伏系統的一種低成本補充。然而，研究人員一直在尋找一些對環境友好的環保材料，提高效能，從而實現自己的承諾。
現在，瑞士伯爾尼大學（University of Basel in Switzerland）的研究團隊發現一種方法，一種對環境影響最小的常見金屬鐵來研發敏化劑，敏化劑則是電池中非常關鍵的元素。敏化劑是一種色彩濃烈的化合物，可以透過釋放電子並將其‘注入’到半導體內吸收光並將其能量轉化為電能。
雖然研究人員已經知悉鐵開發敏化劑的良好基礎，但是他們仍需要克服一些挑戰才能實現這一目標。事實上，專家長期以來認為在這些應用中使用鐵化合物是不可能的，因為鐵化合物在光吸收後的受擊狀態壽命太短，可能無法用於能源生產。
研究人員表示，因此，直到現在用於敏化太陽能電池的敏化劑要麼壽命相對較短，要麼需要使用非常罕見並且昂貴的金屬。
然而，7年前，研究人員研發了一種新型鐵化合物，命名為 N-heterocyclic carbenes（NHCs），NHCs可以延長半導體釋放足夠多電子以產生電能所需的狀態。
這解決了使用鐵作為敏化劑的一個問題；但是，在用帶有染料敏化的半導體表面的過程中仍然還有其他問題需要解決，在這一過程中，受染料分子的性質、電極浸漬液的溶劑和敏化時間的影響，研究人員在《Dalton Transactions》雜誌上發表的一篇論文摘要中觀察到了這一現象。
研究人員寫道：“如果染料分子之間太過接近，染料與染料之間可能會相互影響，從而影響電荷特性。染料聚集是分子間相互作用的結果。這種限制可以透過新增共吸附劑，例如鵝去氧膽酸（chenodeoxycholic）或在染料結構中使用烷基間隔基（alkyl spacers）來克服。”
研究人員還寫道，另一個問題的出現可能是在染色浴溶液中存在過多的染料分子，導致半導體表面形成多層膜。在這種情況下，必須要最佳化染色浴濃度與浸泡時間。
考慮到影響過程的多種因素，該大學化學系專案負責人Mariia Becker解釋說：“我們知道我們必須要研發出可以附著在半導體表面的材料，這種材料的特性可以同時允許最佳化表面上功能性吸光元件的佈置。”
未來電池的潛力
他們說，為了解決這些挑戰，研究人員透過使用新的同質性和異質性鐵NHC材料研發出一種新型敏化劑，他們使用雙管齊下的方法建立了這種材料。
首先，他們將羧酸基（carboxylic acid groups），比如在醋裡發現的羧酸基加入到鐵化合物中，使其與半導體表面結合。其次，他們透過新增長碳鏈使表面層更流動、更加容易固定，使製造的化合物更‘絲滑’。
總體而言，研究顯示了利用鐵在燃料敏化太陽能電池中創造的可能性，研究人員將有很長的一段路要走，因為他們的原型只實現了總體效率的1%。相比之下，商用太陽能電池的效率為20%。
Becker在新聞發言中說：“儘管如此，該結果代表了一個里程碑，這將鼓勵人們對這些新材料進行進一步研究。”
中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯
2022.2.14
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