1991年，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院化學(xué)家Michael Graetzel發(fā)明了染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)。其在暗淡的光線下表現(xiàn)最好，并且比標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體組件更便宜。然而，在陽(yáng)光充足的條件下，最好的DSSC僅能將太陽(yáng)光中14%的能量轉(zhuǎn)化成電力，而現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池可達(dá)到24%左右。

這主要是因?yàn)槟芰縼?lái)得太快，以至于DSSC處理不過(guò)來(lái)。當(dāng)能量以較慢的速度到來(lái)時(shí)，比如在低強(qiáng)度室內(nèi)光線下，現(xiàn)在，Graetze新發(fā)明的DSSC可將其吸收的28%的光能轉(zhuǎn)化成電力。

這種新的DSSC仍擁有兩個(gè)收集負(fù)電荷和正電荷的電極。但在中間，它們擁有一種通常是二氧化鈦(TiO2)顆粒集合體的不同電子導(dǎo)體，而不僅僅是硅。TiO2是一種很弱的光吸收劑，因此研究人員在這些顆粒表面涂上可作為超強(qiáng)光吸收劑的有機(jī)染料分子。被吸收的光子會(huì)激發(fā)這些染料分子上的電子和空穴，就像在硅中一樣。而染料立即將被激發(fā)的電子移交給TiO2顆粒，電子則會(huì)沿著它們快速移動(dòng)到正極。與此同時(shí)，空穴被傾倒進(jìn)一種名為電解液的導(dǎo)電液體中。在那里，它們不斷滲透并進(jìn)入帶負(fù)電荷的電極。

以往DSSC的問(wèn)題在于空穴無(wú)法非常迅速地穿過(guò)電解液。因此，它們常常在染料和TiO2顆粒附近堆積。如果被激發(fā)的電子最終撞入空穴，它們便會(huì)合并，產(chǎn)生熱量而非電力。

為解決這一問(wèn)題，研究人員一直嘗試讓電解液變薄，從而使空穴無(wú)須穿行很遠(yuǎn)，便能到達(dá)目的地。不過(guò)，這些薄層中的任何缺陷都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備遭到致命打擊，并且破壞掉整個(gè)太陽(yáng)能電池。而現(xiàn)在，Graetzel和同事提出了一種可能的解決方案。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種染料和空穴導(dǎo)電分子的組合物。它能使自己緊緊包裹在TiO2顆粒周?chē)?，從而?chuàng)建沒(méi)有任何缺陷的緊身層。這意味著緩慢移動(dòng)的空穴在到達(dá)負(fù)極前穿行的距離變小。研究人員在《焦耳》雜志上報(bào)告稱(chēng)，緊身層將DSSC的漫射光效率提高到32%——接近理論上的最大值。

研究人員報(bào)告稱(chēng)，他們研制的太陽(yáng)能電池可利用存在于建筑物內(nèi)部和陰天室外的低強(qiáng)度漫射光發(fā)電，并且工作效率創(chuàng)下紀(jì)錄。這些電池有一天或能催生不用插上電源便能持續(xù)為一些小配件充電的設(shè)備外殼。想象一下，也許你永遠(yuǎn)不必再為你的手機(jī)、電子閱讀器或者平板電腦充電了。