爱华网染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell，缩写为DSSC、DSC 或DYSC）是一种廉价的薄膜太阳能电池。 它是基于由光敏电极和电解质构成的半导体，是一个电气化学系统。这种电池的一种较新的版本――也叫做格雷策尔电池，是由米夏埃尔・格雷策尔（Michael Gr?tzel）和布赖恩・奥勒冈1991年在洛桑联邦理工学院发明的。米夏埃尔・格雷策尔尔因为本发明而曾荣获2010年千禧技术奖（2010 millennium technology grand prize）。
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -简介
其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M. Grtzel教授领导的研究小组在该技术上取得突破以来，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。
染料敏化太阳能电池 - 结构组成
主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I/I。
染料敏化太阳能电池
(1)染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态（D*）
;
(2) 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中;
电子扩散至导电基底，后流入外电路中;
(3) 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生;
(4) 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环;
(5) 和(6) 分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合
研究结果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输;染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上;染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚，有Weller等的隧穿机理、Lindquist等的扩散模型等，有待于进一步研究。
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -结构介绍
在格雷策尔和奥勒冈的设计方案中，电池有3个主部分。顶端是以掺氟的二氧化锡（SnO2:F）制成的透明阳极，置于一平板（一般是玻璃制）背面。这个可传导平板背面有一薄层二氧化钛（TiO2），组成一个高度多孔的结构，有着很高的表面面积。TiO2只吸收一小部分太阳光子（紫外辐射的光子）。这块平板置于由光敏的钌-多吡啶染料（亦称分子感光剂）和溶剂的混合物中。将薄膜在染料溶液中浸湿后，染料薄膜会与TiO2层形成共价键。
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -特点介绍
它可以用低廉的材料制成（In practice it has proven difficult to eliminate a number of expensive materials, notably platinum and ruthenium, and the liquid electrolyte presents a serious challenge to making a cell suitable for use in all weather. 实际中已经证明它很难摆脱对于贵重金属铂和钌的限制，并且它的液态的电极对于各种天气的适应也是一个严重挑战），不需要用精细的仪器来制造，这种电池在技术上很有吸引力。而且，其制造过程比以前的电晶体电池要便宜。它可以被制成软片，机械强度大，不需要特别保护来防止树枝的撞击及冰雹。虽然它的能量转换效率比最好的薄膜电池要低，但理论上它们的性价比已足够高，在完成市电平价的情况下可以与化石燃料相提并论。
染料敏化太阳能电池与传统的太阳能电池相比有以下优势：
⑴寿命长，使用寿命可达15-20年；
⑵结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产；
⑶制备电池耗能较少，能源回收周期短；
⑷生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，估计每单位的电池的成本在10元以内。
⑸生产过程中无毒无污染。
经过十几年时间，染料敏化太阳电池研究在染料、电极、电解质等各方面取得了很大进展。同时在高效率、稳定性、耐久性、等方面还有很大的发展空间。
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -基本内容
TiO2只对紫外光敏感，而染料吸附后可以吸收可见光区的能量，从而极大提高了太阳光的利用效率。吸光后激发态的染料产生电子和空穴的分离，电子通过回路中时可以对外接负载供电。这就是“染料敏化太阳能电池”名称的由来。
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -工作原理
染料敏化太阳能电池
（1）染料吸光激发 DYE + hλ→ DYE*
（2）激发态的染料分子将电子注入二氧化钛的导带 DYE* - e → DYE+
（3）电子穿过二氧化钛进入外电路
（4）染料和电解液间发生下面反应，从而染料还原DYE+ + I- → DYE + I3-
（5）从外电路流回的电子将还原e + I3- → I-
（6）e（导带中）＋ DYE+ → DYE
（7）e（导带中）+ I3- → 3I-
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -发展事记
1839 年，Becquerel发现氧化铜或卤化银涂在金属电极上会产生光电现象，证实了光电转换的可能。 1960 年代，H.Gerischer，H.Tributsch，Meier及R.Memming发现染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的现象，成为光电化学电池的重要基础。
1980年代, 光电转换研究的重点转向人工模拟光合作用，美国州立Arizona大学的Gust和Moore研究小组成功模拟了光合作用中光电子转换过程，并取得了一定的成绩。Fujihia等将有机多元分子用L B 膜组装成光电二极管，开拓了这方面的工作。
1970年代到90年代，R.Memming，H.Gerischer，Hauffe，H.Tributsh等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间光敏化作用，研究主要集中在平板电极上，这类电极只有表面吸附单层染料，光电转换效率小于1%。
1991年，Grätzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代,为利用太阳能提供了一条新的途径。
1993年, Grätzel M.等人再次研制出光电转换效率达10 %的染料敏化太阳能电池, 已接近传统的硅光伏电池的水平。
1997年，该电池的光电转换效率达到了10%-11%，短路电流达到18mA/cm2,开路电压达到720mV。
1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Grätzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。
2000年，东芝公司研究人员开发含碘/ 碘化物的有机融盐凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电能量转换率7.3 % 。
2001年, 澳大利亚STA 公司建立了世界上第一个中试规模的DSC 工厂。
2002 年, STA建立了迄今为止独一无二的面积为200m2 DSC 显示屋顶,集中 体现了未来工业化的前景。
2002年Peng Wang等人用含有1 - m e t h y l - 3 -propylimidazolium iodide 和 poly (viylidenefloride-cohexafluoropropylene)离子液态聚合物凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电转换效率可达5.3 % 。
2003年，日本Kohjiro Hara等人报道了一种多烯染料敏化纳米太阳能电 池，其光电能量转换率达6.8 % 。
2003年，日本Tamotsu Huriuchi等人开发一种廉价的indoline染料，其光电转换效率可达6.1 % 。
2003年，Akrakawa工作组用香豆素染料做敏化剂的太阳能电池，其光电转换效率可达7.7 % 。
2003年，Grätzel小组报道了以两性分子染料与多孔聚合物电解质组装的准固态纳米晶太阳电池，在AM 1.5模拟太阳光下光电转换率高于6%。
2003年，台湾工业技术研究院能源研究所应用纳米晶体开发出的染料敏化太阳能电池，根据报道，其光电转换效率可达8 % ~ 1 2 % ，目前纳米晶体太阳能电池技术在海外已开始商品化，初期效率约5 % 。
2003年，中国科学院等离子体物理研究所(IPP)成功制备出光电转换效率接近6%的15 ×20cm2 及40 ×60cm2 的电池组件。
2004年,中国科学院等离子体物理研究所(IPP)建成了500瓦规模的小型示范电站,光电转换效率达5 %。
2004年，韩国Jong Hak Kim等使用复合聚合电解质全固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电转换效率可达4.5% 。
2004年，日立制作所试制成功了色素(染料)增感型太阳能电池的大尺寸面板，在实验室内进行的光电转换效率试验中得出的数据为9.3% 。
2004年，染料敏化纳米晶太阳能电池开发商Peccell Technologies公司(Peccell)宣布其已开发出电压高达4 V ( 与锂离子电池电压相当) 的染料敏化纳米晶太阳能电池，可作为下一代太阳能电池，有可能逐渐取代基于硅元素的太阳能电池产品
2004年，日本足立教授领导的研究组用TiO2纳米管做染料敏化纳米晶太阳能电池电极材料其光电转换效率可达5 % ，随后用TiO2纳米网络做电极其光电转换效率达到9.33% 。
2006年，日本岐阜大学(Gifu University)开发的基于二氢吲哚类有机染料敏化的电沉积纳米氧化锌薄膜的塑性彩色电池效率达到了5.6 % 。
2006年，日本桐荫横滨大学开发的基于低温TiO2 电极制备技术的全柔性DSC 效率超过了6%。
2009年，中国科学院长春应用化学研究所王鹏课题组研制的电池的效能为9.8%。染料敏化太阳能电池的发明者、瑞士洛桑联邦理工学院的化学教授迈克尔・格拉特兹勒说：“10年前，我们认为我们不会得到超过1%的结果。现在却得到了9.8%的高能效。”
目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10%以上，据推算寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10
2011年，Michael Gr?tzel等人宣布制成了光电效率为12.3%的电池，这打破了染料电池光电效率的最高纪录。?
2014年，Michael Gr?tzel课题组再次刷新染料敏化太阳能电池效率，最终达到13%。
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -主要特点
染料敏化太阳能电池（DSSC）最主要的特点(1)制作工艺简单，电池的不同部分可以分别制作；(2)可以作在柔软的衬底上，做成柔屏电池；
(3)低成本。
太阳能电池的主要评价参数太阳能电池的基本性能主要体现在如图所示的工作曲线上。图中，Isc为短路电流，Voc为开路电压。 填充因子 （ ff ）是指在工作曲线中可获得 最大输出功率 的点上的电流电压乘积（Iopt*Vopt）与Isc*Voc之比，它体现电池的输出功率随负载的变动特性。光电转换效率（η）则是Iopt*Vopt与输入的 光功率 Pin 之比。填充因子：ff=Iopt*Vopt/Isc/Voc
光电转换效率：η＝Iopt*Vopt/Pin (Pin, 输入的光功率)
此外，太阳能电池的内阻（主要是指来自透明电极的部分）与单元电池的面积密切相关，内阻随面积的增大而增大，同时降低单元电池的 能量转换 效率。所以，一般来讲，小面积时效率较高，大面积时效率会有所降低。
染料敏化太阳能电池_染料敏化太阳能电池 -产业介绍
目前全世界宣称投入者众多，但迄今无产业尚未发展完整；即便目前实验室效率达15%在生产上仍有不少限制与突破点需克服；台湾DSSC产业链完整，永光、长兴、台塑、福盈及造能科技布局产业上下游完整。
