用熔盐防止染料聚集以提高太阳能电池性能

太阳能电池正迅速成为世界许多国家生产清洁电力的主要方式之一。在过去的几十年里，人们付出了巨大的努力使太阳能更加突出。然而，该技术目前面临一些限制广泛应用的挑战。

就染料敏化太阳能电池(DSSC)(一种非常有前途的光伏技术)而言，主要问题之一是染料聚集。根据设计，DSSC是模拟植物光合作用的电化学系统。他们依靠特殊的感光染料将阳光转化为电能。理想情况下，染料应该均匀地涂抹在透明层后面的氧化物电极表面上，这样吸收的阳光的能量就可以很容易地转移到染料的电子上。这个过程产生为外部电路供电的自由电子。然而，大多数染料倾向于在电极表面聚集，从而阻碍所需的光电荷和电荷流动。这会对已证明难以克服的DSSC的性能造成影响。

幸运的是，由名古屋工业大学的TomohikoInomata副教授领导的一组科学家可能刚刚找到了解决这个问题的方法。在他们最近发表在RSCAdvances上的研究中，他们表明某些离子液体(在相对较低的温度下呈液态的熔盐)可以将染料聚集抑制到令人印象深刻的程度。该研究团队的其他成员包括名古屋工业大学的松永绫香女士和小泽智宏教授，以及爱知工业大学的增田秀树教授。

但是，离子液体是如何实现这一壮举的呢?为了阐明起作用的确切机制，研究人员专注于两种分子大小明显不同的离子液体和两种染料。两种离子液体都具有相似的分子结构，包括一个与电极结合良好的锚(二氧化钛，TiO2)、一个将该锚与磷原子连接的主聚合物链，以及三个从磷原子突出的附加短聚合物链和远离主要的“垂直”链。

研究人员将TiO2电极浸入具有不同染料与离子液体比例的溶液中，并仔细分析了不同分子是如何粘附在电极上的。在优化合成过程后，他们发现使用具有较长分子结构的离子液体制成的DSSC的性能明显优于未改性氧化物电极的对应物。“离子液体的空间庞大的分子结构可作为一种有效的抗聚集剂，而不会显着影响吸附到电极中的染料量，”Inomata博士解释说。“最重要的是，更大离子液体的引入改善了DSSC的所有光伏参数。”

毋庸置疑，改进太阳能电池技术可以使我们在应对持续的能源和气候危机中占据优势。尽管离子液体通常很昂贵，但团队使用它的方式实际上是具有成本效益的。“简而言之，这个想法是仅在设备的所需部分(在本例中为电极表面)应用离子液体，”Inomata博士说。

该团队认为，广泛使用用离子液体修饰的电极可以为太阳能电池和催化系统的高功能且价格合理的材料铺平道路。由于离子液体的结构可以在合成过程中进行调整，因此它们作为抗聚集剂提供了急需的多功能性。