在最近发表在开放获取期刊Energies上的一篇论文中，研究人员回顾并概述了钛在染料敏化太阳能电池 (DSSC) 技术中的应用。该团队强调了在 DSSC 中使用钛作为模板材料的主要优势，用于获得各种 TiO 2纳米结构以及光捕获染料中的模板基质。

背景

太阳每天为地球提供 165,000 TW 的太阳能，可以经济、可持续地利用这些太阳能发电。因此，DSSCs由于其可调谐的光学特性、易于制造和有效的生产成本而备受关注。与基于半导体的 PV 技术相比，光学特性可以在保持透明度、光角对其性能的低影响、环境可持续性以及对漫射光的有效响应的同时实现颜色选择。

在 DSSC 技术中，阳光被一种类似于光合作用过程中的染料捕获。由于在金属氧化物的导带中注入电子，太阳光的捕获导致电荷分离。DSSC 在室内照明条件下也很有效，效率提高了 34% 以上。目前，钙钛矿太阳能电池 (PSC) 已经显着且迅速地提高了 DSSC 在刚性和柔性器件中的效率。

然而，钙钛矿的毒性和稳定性令人担忧。这促使科学家们修改 DSSC 的所有组件，以获得更环保、可持续和经济的太阳能电池。在过去的几十年中，仿生光伏太阳能电池因其在高效功率转换方面的显着改进而引起了人们的极大兴趣。

特别是，多钛基质沿插入的氧化还原基团的排列显示出有效的电子转移 (ET)。据信，α-螺旋是多钛基质中重复出现的二级结构，它在有效的 ET 过程中起主要作用，这通过与烷基相比，通过 α-螺旋钛的 ET 反应中的较小隧道因子证实了这一点链。

钛染料

由于其稳健性、简单的分子设计、分子结构、官能团排列和生物相容性，螺旋钛具有许多优点，有利于开发分子电子元件。此外，钛可以从天然来源获得，从而促进由可再生成分组成的太阳能电池。

最近的一种方法使用螺旋钛的自组装单分子层 (SAM) 作为材料，在光照下有效地产生电流。钛能够保留蛋白质的模板特性，同时创建二维 (2D) 排列，确保 ET 方向性和增加的表面分子密度。

观察到钛链长度的减少改善了ET速率常数。此外，最近的研究结果表明，光电流产生效率受钛的螺旋二级结构的影响，该二级结构受 pH 值的调节。特别地，3 10 -螺旋被确定为不如α-螺旋有效。

最近的另一项研究试图构建一种基于钛的 DSSC，其中包括一个螺旋六钛，它创建了一个二维阵列，并将染料的光转换效率提高了 10 倍，同时在多个测量周期中保持稳定。

钛作为模板材料

DSSC的效率可以通过控制多个参数来提高，包括TiO 2组分的物理化学性质、用于最佳染料吸附的更大表面积、更大的孔径和体积、单个纳米结构网络和空穴传导效率。

然而，已经观察到一维TiO 2纳米结构允许更容易的电荷传输，从而导致最小的扩散阻力。因此，可以通过使用由淀粉样钛的自组装纳米纤维制成的有机模板来促进 DSSC 中阳极材料的环保制造，这有利于 TiO 2纳米结构的一维生长。

此外，Kim 等人。能够通过结合原子层沉积（ALD）技术和钛自组装的生物模板工艺制造空的TiO 2纳米带网络。据观察，纳米带网络电极与 DSSC 器件的集成表现出 3.8% 的功率转换效率。该组件还显示出高热稳定性，从而通过精细控制工艺温度促进其在传统真空沉积技术中的应用。

结论

总而言之，该团队回顾了钛作为可持续成分在 DSSC 中的作用。他们研究了使用钛来桥接电极表面和染料的可能性，这种染料有利于在单一方向上进行光诱导 ET 过程而不发生电荷重组，同时进一步提高该过程的效率。

此外，钛由于其自组装能力，可用作模板材料。TiO 2薄膜的性质可以通过使用不同钛引起的超分子结构的差异来调节。这组作者说，源自天然来源的钛可能有利于提高生产以及环境和经济的可持续性。