在染料敏化半導體太陽能電池中，由於一些寬頻隙的半導體（如TiO2）的禁頻寬度相當於紫外區的能量，因而捕獲太陽光的能力非常差，無法將其直接用於太陽能的轉換。因此人們尋找到一些可以與這些寬頻隙半導體的導帶和價帶能量匹配的染料，使其吸附在半導體的表面上，利用染料對可見光的強吸收從而將體系的光譜回響延伸到可見區，這種現象就叫做半導體的染料光敏化作用，而具有這種特性的染料就叫做染料光敏化劑，又叫光敏化染料。
基本介紹
- 中文名：染料光敏化劑
- 特點：對可見光的吸收性能好
- 光電能量轉換：自然界綠色植物的光合作用
- 方法：真空沉積和電化學沉積等
特點,光電能量轉換,單層電極,
特點
高性能的敏化劑需要具有以下特點：
(1) 能緊密吸附在寬頻隙半導體表面，要求染料分子中含有羧基、羥基等極性基團；
(2) 對可見光的吸收性能好，在整個太陽光光譜範圍內都應有較強的吸收；
(3) 染料分子應該具有比電解質中的氧化還原電對更正的氧化還原電勢；
(4) 染料在長期光照下具有良好的化學穩定性，能夠完成108次循環反應；
(5) 染料的氧化態和激發態要有較高的穩定性；
(6)激發態能級與寬頻隙半導體導帶能級匹配，激發態的能級高於寬頻隙半導體導帶能級，保證電子的快速注入；
(7) 染料分子能溶解於與半導體共存的溶劑。
金屬釕（Ru）的聯吡啶配合物系列、金屬鋨（Os）的聯吡啶配合物系列、酞菁和菁類系列、卟啉系列、葉綠素及其衍生物等都可作為光敏化染料。
光電能量轉換
自然界綠色植物的光合作用是已知最為有效的太陽光能轉換體系。許多人利用類似 葉綠素分子結構的有機光敏染料設計人工模擬光合作用的光能轉換體系，進行光電轉換的研究。由於有機光敏染料可以自行設計合成，與無機半導體材料相比，材料選擇餘地大，而且易達到價廉的目標。如金屬卟啉和金屬酞菁是大Π共軛有機分子與金屬組成的配合物，具有較高的化學穩定性，能較強吸收可見光譜，作為有機光伏材料，它是目前廣泛研究的對象。
單層電極
用真空沉積、旋轉塗布和電化學沉積等方法，將有機染料修飾在金屬、導電玻璃或 半導體表面上，在電解液中研究其光電性能。在不同金屬卟啉化合物中以Zn、Mg為中心金屬的光電性能最佳。不同功能取代基如羥基、硝基、胺基、羧基、甲基等對光電性能有明顯的影響，說明可以通過改變功能取代基的種類和位置來最佳化其光電性能。金屬酞菁化合物的光電性能也與中心金屬密切相關，三價、四價酞菁化合物（AlClPc，GaClPc，InClPc，SiCl2Pc，GeCl2，TiOPc，VOPc）比二價金屬酞菁化合物（ZnPc，MgPc，CoPc，SnPc，PbPc，FePc，NiPc）的光電性能優越，這是因為三價、四價金屬酞菁的光譜回響較寬，而且分子中的氯原子和氧原子有利於電子傳遞。酞菁銅的電化學聚合膜由於聚合物分子比單體具有更大的共軛體系，電子更易於移動和遷移，而且電聚膜與墊底接觸電阻小，因此表現出比其單體更佳的光電性能。除有機光敏染料外，影響光電性能的還有電解液的酸鹼性和氧化還原性質以及環境中的氧化性和還原性氣氛等。
