Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) основаны на красителях, которые поглощают свет, чтобы мобилизовать ток электронов, и являются многообещающим источником чистой энергии. Джишан Ву из Института исследований и инженерии материалов A * STAR и его коллеги в Сингапуре разработали цинк-порфириновые красители, улавливающие свет как в видимой, так и в ближней инфракрасной частях спектра. Их исследования показывают, что химическая модификация этих красителей может увеличить выход энергии DSSC.DSSC проще и дешевле в производстве, чем обычные кремниевые солнечные элементы, но в настоящее время они имеют более низкий КПД.
Красители на основе рутения традиционно использовались в DSSC, но в 2011 году исследователи разработали более эффективный краситель на основе атома цинка, окруженного кольцеобразной молекулой, называемой порфирином. Солнечные батареи, использующие этот новый краситель, получивший название YD2-o-C8, преобразуют видимый свет в электричество с эффективностью до 12,3%. Команда Ву стремилась улучшить эту эффективность, разработав цинк-порфириновый краситель, который также может поглощать инфракрасный свет.
Наиболее успешные красители, разработанные командой Ву, WW-5 и WW-6, объединяют ядро цинк-порфирина с системой конденсированных углеродных колец, соединенных атомом азота, известной как N-аннелированная периленовая группа. Солнечные элементы, содержащие эти красители, поглощали больше инфракрасного света, чем YD2-o-C8, и имели эффективность до 10,5%, что соответствовало характеристикам элемента YD2-o-C8 в тех же условиях тестирования (см.
Изображение).Теоретические расчеты показывают, что соединение порфириновой и периленовой частей этих красителей тройной связью углерод-углерод, которая действует как обогащенный электронами линкер, улучшило поток электронов между ними. Эта связь также уменьшала световую энергию, необходимую для возбуждения электронов в молекуле, повышая способность красителя собирать инфракрасный свет.
Добавление в красители объемных химических групп также улучшило их растворимость и предотвратило их агрегацию, что снижает эффективность DSSC.Однако и WW-5, и WW-6 немного менее эффективны, чем YD2-o-C8, в преобразовании видимого света в электричество, а также производят более низкое напряжение. «Сейчас мы пытаемся решить эту проблему с помощью модификаций, основанных на химической структуре WW-5 и WW-6», — говорит Ву.
Сравнение результатов с большим количеством перилен-порфириновых красителей должно указать пути преодоления этих препятствий и может даже расширить поглощение света в инфракрасном диапазоне. «Главный приоритет — повышение эффективности преобразования энергии», — говорит Ву. «Наша цель — повысить эффективность до более чем 13 процентов в ближайшем будущем».