Сенсибилизированный красителем солнечный элемент

Сенсибилизированный красителем солнечный элемент (DSSC, DSC, DYSC или ячейка Гретцеля) является недорогим солнечным элементом, принадлежащим к группе тонкопленочных солнечных элементов. Он основан на полупроводнике, образованном между фотосенсибилизированным анодом и электролитом, фотоэлектрохимической системой. Современная версия солнечного элемента красителя, также известного как ячейка Гретцеля, первоначально была изобретена в 1988 году Брайаном О’Реганом и Майклом Гетцелем в Калифорнийском университете в Беркли, и эта работа была позже разработана вышеупомянутыми учеными в Политехническом институте им. Лозанне до публикации первого высокоэффективного DSSC в 1991 году. Майкл Гетцель был удостоен премии технологии тысячелетия в 2010 году за это изобретение.

DSSC обладает рядом привлекательных функций; это простое использование с использованием обычных технологий рулонной печати, является полугибким и полупрозрачным, что предлагает множество применений, не применимых к стеклянным системам, и большинство используемых материалов являются недорогими. На практике оказалось трудно устранить ряд дорогостоящих материалов, в частности платины и рутения, а жидкий электролит представляет серьезную проблему для создания ячейки, пригодной для использования в любую погоду. Хотя эффективность преобразования меньше, чем лучшие тонкопленочные ячейки, теоретически его соотношение цена / производительность должно быть достаточно хорошим, чтобы позволить им конкурировать с генерированием электроэнергии на ископаемом топливе за счет достижения четности сетки. Коммерческие заявки, которые были задержаны из-за проблем с химической стабильностью, прогнозируются в «Фотогальванической дорожной карте» Европейского союза, что значительно способствовало бы производству возобновляемой электроэнергии к 2020 году.

Текущая технология: полупроводниковые солнечные элементы
В традиционном полупроводниковом полупроводнике солнечный элемент выполнен из двух легированных кристаллов, один из которых легирован примес ми n-типа (полупроводник n-типа), которые добавляют дополнительные электроны свободной зоны проводимости, а другие, легированные примес ми p-типа ( полупроводник p-типа), которые добавляют дополнительные электронные дыры. Когда они находятся в контакте, некоторые из электронов в части n-типа поступают в p-тип, чтобы «заполнить» недостающие электроны, также известные как электронные дыры. В конечном счете достаточно электронов будет проходить через границу, чтобы уравнять уровни Ферми двух материалов. Результатом является область интерфейса, pn-переход, где носители заряда истощаются и / или накапливаются с каждой стороны интерфейса. В кремнии эта передача электронов создает потенциальный барьер около 0,6-0,7 В.

Когда они помещаются на солнце, фотоны солнечного света могут возбуждать электроны на стороне p-типа полупроводника, процесс, известный как фотовозбуждение. В кремнии солнечный свет может обеспечить достаточную энергию, чтобы вытолкнуть электрон из валентной зоны с более низкой энергией в зону проводимости более высоких энергий. Как следует из названия, электроны в зоне проводимости могут свободно перемещаться вокруг кремния. Когда нагрузка помещается по всей ячейке в целом, эти электроны будут вытекать из стороны р-типа в сторону n-типа, теряют энергию при движении по внешней цепи, а затем возвращаются обратно в материал p-типа, где они могут снова снова объединиться с дырой валентной зоны, которую они оставили. Таким образом, солнечный свет создает электрический ток.

В любом полупроводнике ширина запрещенной зоны означает, что только фотоны с таким количеством энергии, или более, будут способствовать образованию тока. В случае с кремнием большая часть видимого света от красного до фиолетового имеет достаточную энергию, чтобы это произошло. К сожалению, более высокие фотоны энергии, те, которые находятся на синем и фиолетовом конце спектра, имеют более чем достаточно энергии для пересечения запрещенной зоны; хотя часть этой дополнительной энергии переносится в электроны, большая часть ее теряется в виде тепла. Другая проблема заключается в том, что для того, чтобы иметь разумные шансы на захват фотона, слой n-типа должен быть довольно толстым. Это также увеличивает вероятность того, что свежевыброшенный электрон встретится с ранее созданным отверстием в материале до достижения pn-перехода. Эти эффекты дают верхний предел эффективности кремниевых солнечных элементов, в настоящее время около 12-15% для общих модулей и до 25% для лучших лабораторных клеток (33,16% — теоретическая максимальная эффективность для однодиапазонных солнечных элементов, см. Shockley -Высокий лимит.).

Безусловно, самая большая проблема с традиционным подходом — это затраты; солнечные элементы требуют относительно толстого слоя легированного кремния, чтобы иметь приемлемые скорости захвата фотонов, а обработка кремния является дорогостоящей. В течение последнего десятилетия было несколько различных подходов к снижению этой стоимости, в частности тонкопленочных подходов, но на сегодняшний день они видели ограниченное применение из-за множества практических проблем. Еще одна линия исследований заключалась в том, чтобы значительно повысить эффективность за счет подхода с несколькими переходами, хотя эти ячейки очень дорогостоящие и подходят только для крупных коммерческих развертываний. В общих чертах типы ячеек, подходящих для развертывания на крыше, существенно не изменились по эффективности, хотя затраты несколько снизились из-за увеличения предложения.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы
В конце 1960-х годов было обнаружено, что освещаемые органические красители могут генерировать электричество на оксидных электродах в электрохимических ячейках. В попытке понять и имитировать первичные процессы фотосинтеза явление изучалось в Калифорнийском университете в Беркли с хлорофиллом, извлеченным из шпината (биомиметический или бионический подход). На основе таких экспериментов выработка электроэнергии по принципу солнечной ячейки сенсибилизации красителя (DSSC) была продемонстрирована и обсуждена в 1972 году. Нестабильность солнечного элемента красителя была определена как основная задача. Его эффективность в течение следующих двух десятилетий может быть улучшена за счет оптимизации пористости электрода, полученного из порошка мелкого оксида, но проблема нестабильности оставалась проблемой.

Современный DSSC состоит из пористого слоя наночастиц диоксида титана, покрытого молекулярным красителем, который поглощает солнечный свет, как хлорофилл в зеленых листьях. Диоксид титана погружают в раствор электролита, над которым находится катализатор на основе платины. Как и в обычной щелочной батарее, анод (диоксид титана) и катод (платина) помещаются по обеим сторонам жидкого проводника (электролита).

Солнечный свет проходит через прозрачный электрод в слой красителя, где он может возбуждать электроны, которые затем поступают в диоксид титана. Электроны текут к прозрачному электроду, где они собираются для питания нагрузки. После прохождения через внешнюю цепь они снова вводятся в ячейку на металлическом электроде сзади, втекающем в электролит. Затем электролит транспортирует электроны обратно к молекулам красителя.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы разделяют две функции, обеспечиваемые кремнием в традиционной конструкции ячейки. Обычно кремний действует как источник фотоэлектронов, а также обеспечивает электрическое поле для разделения зарядов и создания тока. В сенсибилизированном красителем солнечном элементе основная часть полупроводника используется исключительно для переноса заряда, фотоэлектроны предусмотрены из отдельного светочувствительного красителя. Разделение заряда происходит на поверхностях между красителем, полупроводником и электролитом.

Молекулы красителя довольно малы (нанометровые размеры), поэтому для захвата разумного количества входящего света слой молекул красителя должен быть достаточно толстым, намного толще, чем сами молекулы. Для решения этой проблемы наноматериал используется в качестве эшафота для хранения большого количества молекул красителя в трехмерной матрице, увеличивая количество молекул для любой заданной площади поверхности ячейки. В существующих конструкциях эти строительные леса обеспечивают полупроводниковый материал, который служит для двойной работы.

строительство
В случае оригинальной конструкции Grätzel и O’Regan, ячейка имеет 3 основных части. Наверху представлен прозрачный анод из диоксида олова, легированного фторидом (SnO2: F), нанесенный на спинку (обычно стеклянной) пластины. На обратной стороне этой проводящей пластины находится тонкий слой диоксида титана (TiO2), который образуется в высокопористой структуре с чрезвычайно высокой площадью поверхности. (TiO2) химически связан процессом, называемым спеканием. TiO2 поглощает лишь небольшую часть солнечных фотонов (в УФ). Затем пластину погружают в смесь фоточувствительного рутениево-полипиридинового красителя (также называемого молекулярными сенсибилизаторами) и растворителя. После просачивания пленки в раствор красителя тонкий слой красителя оставляют ковалентно связанными с поверхностью TiO2. Соединение представляет собой сложную эфирную, хелатирующую или бидентатную связующую связь.

Затем изготавливают отдельную пластину с тонким слоем иодидного электролита, распределенного по проводящему листу, обычно платинового металла. Затем две пластины соединяют и герметизируют вместе, чтобы предотвратить утечку электролита. Конструкция достаточно проста, что для ее изготовления можно использовать хобби. Хотя они используют ряд «продвинутых» материалов, они недороги по сравнению с кремнием, необходимым для нормальных ячеек, потому что они не требуют дорогостоящих этапов производства. TiO2, например, уже широко используется в качестве основы краски.

В одном из эффективных устройств DSSC используется молекулярный краситель на основе рутения, например [Ru (4,4′-дикарбокси-2,2′-бипиридин) 2 (NCS) 2] (N3), который связан с фотоанодом через карбоксилатные фрагменты , Фотоанон состоит из пленки толщиной 12 мкм прозрачных наночастиц TiO2 диаметром 10-20 нм, покрытых пленкой толщиной 4 мкм с гораздо большими (диаметром 400 нм), которые рассеивают фотоны обратно в прозрачную пленку. Возбужденный краситель быстро вводит электрон в TiO2 после поглощения света. Инъецированный электрон диффундирует через сеть спеченных частиц, собираемую на прозрачном проводящем оксидном электроде на передней стороне (TCO), в то время как краситель регенерируется посредством восстановления редокс-шаттлом I3 / I, растворенным в растворе. Диффузия окисленной формы челнока на противоэлектрод завершает схему.

Механизм DSSC
Основные процессы, происходящие в DSSC

Шаг 1: Следующие основные шаги преобразуют фотоны (свет) в ток:

Падающий фотон поглощается комплексными фотосенсибилизаторами Ru, адсорбированными на поверхности TiO2.
Фотосенсибилизаторы возбуждаются из основного состояния (S) в возбужденное состояние (S *). Возбужденные электроны вводятся в зону проводимости электрода TiO2. Это приводит к окислению фотосенсибилизатора (S +).

S + hν → S * (1)

(2)

Инжектированные электроны в зоне проводимости TiO2 переносятся между наночастицами TiO2 с диффузией к обратному контакту (TCO). И электроны, наконец, достигают противоэлектрода через контур.
Окисленный фотосенсибилизатор (S +) принимает электроны от ионооксидного окислительно-восстановительного медиатора, приводя к регенерации основного состояния (S), а два I — ионов окисляются до элементарного йода, который реагирует с I- в окисленное состояние, I3.
S + + e- → S (3)

Окисленный окислительно-восстановительный медиатор, I3-, диффундирует к противоэлектроду, а затем восстанавливается до ионов I.
I3- + 2 e-> 3 I- (4)

Эффективность DSSC зависит от четырех энергетических уровней компонента: возбужденного состояния (приблизительно LUMO) и основного состояния (HOMO) фотосенсибилизатора, уровня Ферми электрода TiO2 и окислительно-восстановительного потенциала медиатора (I- / I3-) в электролите.

Морфология, подобная наносранту
В DSSC электроды состояли из спеченных полупроводниковых наночастиц, в основном TiO2 или ZnO. Эти DSSC наночастиц полагаются на ограниченную ловушкой диффузию через полупроводниковые наночастицы для переноса электронов. Это ограничивает эффективность устройства, поскольку это медленный транспортный механизм. Рекомбинация чаще встречается при более длинных волнах излучения. Более того, спекание наночастиц требует высокой температуры около 450 ° С, что ограничивает изготовление этих ячеек устойчивыми твердыми твердыми субстратами. Было доказано, что эффективность DSSC повышается, если спеченный наночастичный электрод заменяется специально разработанным электродом, обладающим экзотической морфологией, подобной «нанопотону».

операция
Солнечный свет проникает в ячейку через прозрачный контакт SnO2: F, ударяя краску на поверхности TiO2. Фотоны, поражающие краситель с достаточной энергией для поглощения, создают возбужденное состояние красителя, из которого электрон может «впрыскиваться» непосредственно в зону проводимости TiO2. Оттуда он движется путем диффузии (в результате градиента концентрации электронов) на чистый анод сверху.

Между тем, молекула красителя потеряла электрон, и молекула будет разлагаться, если другой электрон не предусмотрен. Краситель удаляет один из иодида в электролите ниже TiO2, окисляя его в трииодид. Эта реакция протекает довольно быстро по сравнению со временем, когда требуется, чтобы инъецированный электрон рекомбинировался с молекулой окисленного красителя, предотвращая эту реакцию рекомбинации, которая бы эффективно коротко замыкала солнечный элемент.

Затем трийодид восстанавливает свой недостающий электрон механически, диффундируя в нижнюю часть ячейки, где противоэлектрод повторно вводит электроны после прохождения через внешнюю цепь.

КПД
Для характеристики солнечных элементов используются несколько важных мер. Наиболее очевидным является общий объем электроэнергии, производимой для заданного количества солнечной энергии, сияющей на ячейке. Выраженный в процентах, это известно как эффективность преобразования солнечной энергии. Электрическая мощность является продуктом тока и напряжения, поэтому максимальные значения этих измерений также важны, соответственно, Jsc и Voc. Наконец, для того, чтобы понять основную физику, «квантовая эффективность» используется для сравнения вероятности того, что один фотон (определенной энергии) создаст один электрон.

В терминах квантовой эффективности DSSC чрезвычайно эффективны. Из-за их «глубины» в наноструктуре существует очень высокая вероятность поглощения фотона, а красители очень эффективны при преобразовании их в электроны. Большинство небольших потерь, которые существуют в DSSC, обусловлены потерями проводимости в TiO2 и прозрачном электроде или оптическими потерями на переднем электроде. Общая квантовая эффективность для зеленого света составляет около 90%, а «потерянные» 10% в основном объясняются оптическими потерями в верхнем электроде. Квантовая эффективность традиционных конструкций варьируется в зависимости от их толщины, но примерно такая же, как у DSSC.

Теоретически максимальным напряжением, создаваемым такой ячейкой, является просто разность между (квази-) ферми-уровнем TiO2 и окислительно-восстановительным потенциалом электролита, около 0,7 В в условиях солнечной освещенности (Voc). То есть, если подсвеченный DSSC подключен к вольтметру в «разомкнутой цепи», он будет читать около 0,7 В. В терминах напряжения DSSC предлагают немного выше Voc, чем кремний, около 0,7 В по сравнению с 0,6 В. Это довольно небольшая разница, поэтому в реальных различиях доминирует текущее производство, Jsc.

Хотя краситель очень эффективен при преобразовании поглощенных фотонов в свободные электроны в TiO2, только фотоны, поглощаемые красителем, в конечном итоге создают ток. Скорость поглощения фотонов зависит от спектра поглощения сенсибилизированного слоя TiO2 и от спектра солнечного потока. Перекрытие между этими двумя спектрами определяет максимально возможный фототок. Обычно используемые молекулы красителя обычно имеют более низкое поглощение в красной части спектра по сравнению с кремнием, что означает, что меньшее количество фотонов в солнечном свете можно использовать для генерации тока. Эти факторы ограничивают ток, создаваемый DSSC, для сравнения традиционный кремниевый солнечный элемент предлагает около 35 мА / см2, тогда как современные DSSC предлагают около 20 мА / см2.

Общая эффективность преобразования пиковой мощности для текущих DSSC составляет около 11%. Текущий рекорд для прототипов составляет 15%.

деградация
DSSC деградируют при воздействии ультрафиолетового излучения. В 2014 году воздушная инфильтрация обычно используемого аморфного слоя Спиро-MeOTAD была идентифицирована как основная причина деградации, а не окисления. Ущерб можно было бы избежать, добавив соответствующий барьер.

Барьерный слой может включать УФ-стабилизаторы и / или УФ-поглощающие люминесцентные хромофоры (которые выделяются на более длинных волнах) и антиоксиданты для защиты и повышения эффективности клетки.

преимущества
В настоящее время DSSC являются наиболее эффективными солнечными технологиями третьего поколения (2005 г.). Другие тонкопленочные технологии обычно составляют от 5% до 13%, а традиционные недорогие коммерческие кремниевые панели работают от 14% до 17%. Это делает DSSC привлекательными в качестве замены существующих технологий в приложениях с низкой плотностью, таких как солнечные коллекторы на крыше, где механическая прочность и малый вес безстекляющего коллектора является основным преимуществом. Они могут быть не столь привлекательными для крупномасштабных развертываний, когда более высокопроизводительные ячейки более высокой эффективности более жизнеспособны, но даже небольшое увеличение эффективности преобразования DSSC может сделать их пригодными для некоторых из этих ролей.

Существует еще одна область, в которой DSSC особенно привлекательны. Процесс инжекции электрона непосредственно в TiO2 качественно отличается от процесса, происходящего в традиционной клетке, где электрон «продвигается» в исходном кристалле. Теоретически, учитывая низкие скорости производства, высокоэнергетический электрон в кремнии мог бы объединиться со своей собственной дырой, выделяя фотон (или другую форму энергии) и не создавая никакого тока. Хотя этот частный случай может не распространяться, довольно легко электрон, сгенерированный в другой молекуле, попасть в дыру, оставленную в предыдущем фотовозбуждении.

Для сравнения, процесс инжекции, используемый в DSSC, не вводит дырки в TiO2, а только дополнительный электрон. Хотя электронно можно рекомбинировать электроны обратно в краситель, скорость, с которой это происходит, довольно медленна по сравнению со скоростью, с которой краситель возвращает электрон из окружающего электролита. Также возможна рекомбинация непосредственно из TiO2 в виды в электролите, хотя, опять же, для оптимизированных устройств эта реакция протекает довольно медленно. Напротив, перенос электронов с электрода с платиновым покрытием на вид в электролите обязательно очень быстро.

В результате этой благоприятной «дифференциальной кинетики» DSSC работают даже в условиях низкой освещенности. Поэтому DSSC могут работать под облачным небом и непрямым солнечным светом, тогда как традиционные конструкции будут иметь «вырез» при некотором нижнем пределе освещенности, когда подвижность носителей заряда низкая, а рекомбинация становится серьезной проблемой. Обрезание настолько низкое, что их даже предлагают для использования в помещении, собирая энергию для небольших устройств из огней в доме.

Практическое преимущество, которое объединяет одна DSSC с большинством тонкопленочных технологий, заключается в том, что механическая прочность ячейки косвенно приводит к более высокой эффективности при более высоких температурах. В любом полупроводнике возрастающая температура будет стимулировать некоторые электроны в зону проводимости «механически». Хрупкость традиционных кремниевых ячеек требует их защиты от элементов, как правило, путем помещения их в стеклянный ящик, подобный теплице, с металлической основой для прочности. Такие системы страдают заметным снижением эффективности, поскольку клетки нагреваются внутри. Обычно DSSC строятся только с тонким слоем проводящего пластика на переднем слое, что позволяет им намного легче выделять тепло, и, следовательно, работать при более низких внутренних температурах.

Недостатки
Основным недостатком конструкции DSSC является использование жидкого электролита, который имеет проблемы с температурной стабильностью. При низких температурах электролит может замерзнуть, прекратив производство энергии и потенциально привести к физическому повреждению. Более высокие температуры заставляют жидкость расширяться, что затрудняет герметизацию панелей. Другим недостатком является то, что для получения DSSC необходимы дорогостоящий рутений (краситель), платина (катализатор) и проводящее стекло или пластик (контакт). Третий главный недостаток заключается в том, что раствор электролита содержит летучие органические соединения (или ЛОС), растворители, которые должны быть тщательно запечатаны, поскольку они опасны для здоровья человека и окружающей среды. Это, наряду с тем, что растворители проникают в пластмассы, препятствует широкомасштабному наружному применению и интеграции в гибкую структуру.

Замена жидкого электролита на твердое вещество стала важной областью исследований. Недавние эксперименты с использованием затвердевших расплавленных солей показали некоторые перспективы, но в настоящее время они страдают от более высокой деградации во время продолжительной работы и не являются гибкими.

Фотокатоды и тандемные клетки
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы функционируют как фотоанод (n-DSC), где фототок является результатом впрыска электронов сенсибилизированным красителем. Фотокатоды (p-DSCs) работают в обратном режиме по сравнению с обычным n-DSC, где вслед за возбуждением красителя происходит быстрый перенос электронов из полупроводника p-типа в краситель (инъекция с помощью сенсибилизации красителя, а не впрыска электронов) , Такие p-DSC и n-DSC могут быть объединены для создания тандемных солнечных элементов (pn-DSC), а теоретическая эффективность тандемных DSC намного превосходит теоретические значения DSC с одним соединением.

Стандартная тандемная ячейка состоит из одного n-DSC и одного p-DSC в простой сэндвич-конфигурации с промежуточным слоем электролита. n-DSC и p-DSC соединены последовательно, что означает, что результирующий фототок будет контролироваться самым слабым фотоэлектроном, тогда как фотовольтажия является аддитивной. Таким образом, согласование фототока очень важно для построения высокоэффективных тандемных pn-DSC. Однако, в отличие от n-DSCs, рекомбинация быстрых зарядов после инъекции отверстий сенсибилизированной красителем обычно приводила к низким фототокам в p-DSC и, таким образом, затрудняла эффективность всего устройства.

Исследователи обнаружили, что использование красителей, содержащих периленемоноимид (PMI) в качестве акцептора и олиготиофена, связанного с трифениламином в качестве донора, значительно улучшает эффективность p-DSC за счет снижения скорости рекомбинации заряда после инъекции сенсибилизированной красителем. Исследователи построили тандемное DSC-устройство с NiO на стороне p-DSC и TiO2 на стороне n-DSC. Согласование фототока было достигнуто путем регулировки толщины пленки NiO и TiO2 для управления оптическими поглощениями и, следовательно, для соответствия фототокам обоих электродов. Эффективность преобразования энергии устройства составляет 1,91%, что превышает эффективность отдельных компонентов, но все же намного ниже, чем у высокопроизводительных n-DSC-устройств (6% -11%). Результаты все еще многообещающие, поскольку тандемный ДСК сам по себе был рудиментарным. Резкое повышение производительности в p-DSC может в конечном итоге привести к тандемным устройствам с гораздо большей эффективностью, чем одиночные n-DSC.

развитие
Красители, используемые в ранних экспериментальных клетках (около 1995 г.), чувствительны только в высокочастотном конце солнечного спектра, в УФ и синем. Более поздние версии были введены (около 1999 г.), которые имели гораздо более широкий частотный отклик, особенно «трискарбокси-рутений терпиридин» [Ru (4,4 ‘, 4 «- (COOH) 3-терпи) (NCS) 3], который эффективен прямо в низкочастотный диапазон красного и инфракрасного света. Широкий спектральный отклик приводит к тому, что краситель имеет глубокий коричнево-черный цвет и упоминается просто как «черный краситель». Красители имеют отличную возможность преобразования фотона в электрон, первоначально около 80%, но улучшая почти идеальное преобразование в более поздних красках, общий КПД составляет около 90%, а «потерянные» 10% в значительной степени объясняются оптическими потерями в верхнем электроде.

Солнечная батарея должна быть способна производить электроэнергию не менее 20 лет без значительного снижения эффективности (срока службы). Система «черного красителя» была подвергнута 50 миллионам циклов, что эквивалентно десятилетнему воздействию солнца в Швейцарии. Не наблюдалось заметного снижения производительности. Однако краситель подвержен разрушению в условиях высокой освещенности. За последнее десятилетие была проведена обширная исследовательская программа для решения этих проблем. Более новые красители включали 1-этил-3-метилимидазолийтетроцианоборат [EMIB (CN) 4], который является чрезвычайно легким и устойчивым к температуре, медь-диселений [Cu (In, GA) Se2], который обеспечивает более высокую эффективность конверсии, а другие с изменяющимися специальные свойства.

DSSC все еще находятся в начале цикла разработки. Эффективность может быть достигнута и в последнее время начала более широкое исследование. К ним относятся использование квантовых точек для преобразования высокоэнергетического (высокочастотного) света в несколько электронов с использованием твердотельных электролитов для лучшего температурного отклика и изменение легирования TiO2 для лучшего соответствия его используемому электролиту.

Новые разработки

2010
Исследователи из Политехнической школы Лозанны и в Университете Квебека Монреаль утверждают, что преодолели две основные проблемы DSC:

«Новые молекулы» были созданы для электролита, в результате чего образуется жидкость или гель, который является прозрачным и не вызывает коррозии, что может увеличить фотонапряжение и улучшить выход и стабильность ячейки.
На катоде платина была заменена сульфидом кобальта, который намного дешевле, эффективнее, стабильнее и легче производить в лаборатории.
2011
Dyesol и Tata Steel Europe объявили в июне о разработке крупнейшего в мире красителя, сенсибилизированного фотоэлектрического модуля, напечатанного на стали непрерывной линией.

Dyesol и CSIRO объявили в октябре успешное завершение второго этапа в совместном проекте Dyesol / CSIRO. Директор Dyesol Гордон Томпсон сказал: «Материалы, разработанные в ходе этого совместного сотрудничества, могут значительно продвинуть коммерциализацию DSC в ряде приложений, где производительность и стабильность являются важными требованиями. Dyesol чрезвычайно воодушевлен прорывами в химии, позволяющими производить молекул-мишеней, что создает путь к непосредственному коммерческому использованию этих новых материалов ».

Dyesol и Tata Steel Europe объявили в ноябре о целевом развитии конкурентной солнечной стали BIPV Grid Parity, которая не требует субсидируемых правительством тарифов. TATA-Dyesol «Солнечная сталь» Кровельные материалы в настоящее время устанавливаются в Центре устойчивой строительной конвертации (SBEC) в Шоттоне, Уэльс.

2012
Исследователи из Северо-Западного университета объявили о решении основной проблемы DSSC, трудности в использовании и содержании жидкого электролита и, как следствие, относительно короткий срок службы устройства. Это достигается за счет использования нанотехнологий и преобразования жидкого электролита в твердое вещество. Текущая эффективность примерно в два раза выше, чем у кремниевых ячеек, но ячейки являются легкими и потенциально намного дешевле производить.

2013
В течение последних 5-10 лет был разработан новый тип DSSC — твердотельный солнечный элемент, чувствительный к красителям. В этом случае жидкий электролит заменяется одним из нескольких твердых проводящих материалов. С 2009 по 2013 год эффективность твердотельных ЦОС резко возросла с 4% до 15%. Майкл Грейцель (Michael Graetzel) объявил о создании твердотельных ДССК с эффективностью 15,0%, достигаемой с помощью гибридного перовскита CH3NH3PbI3 красителя, впоследствии осажденного из отделенных растворов CH3NH3I и PbI2.

Первая архитектурная интеграция в новом конференц-центре EPFL в партнерстве с Romande Energie. Общая площадь будет 300 квадратных метров, в 1400 модулей 50 см х 35 см. Разработан художниками Даниэлем Шлепфером и Кэтрин Болле.

2018
Исследователи исследовали роль поверхностных плазмонных резонансов, присутствующих на наностержнях золота, в работе сенсибилизированных красителем солнечных элементов. Они обнаружили, что с увеличением концентрации в нанородах поглощение света росло линейно; однако извлечение заряда также было восприимчиво к концентрации. С оптимизированной концентрацией они обнаружили, что общая эффективность преобразования энергии улучшилась с 5,31 до 8,86% для солнечных элементов, чувствительных к красителям Y123.

Синтез одномерной наноструктуры TiO2 непосредственно на подложках из оксида олова, легированных фтором, был успешным с помощью двухстопной сольвотермической реакции. Кроме того, благодаря обработке TiO2-золем производительность двойных нанопроволочных наноструктур TiO2 может быть увеличена, достигнув эффективности преобразования энергии 7,65%.

Сообщалось о встречном электроде на основе нержавеющей стали для DSSC, что еще больше снижает стоимость по сравнению с обычным противоэлектродом на основе платины и подходит для наружного применения.

Исследователи из EPFL продвинули DSSC на основе медных комплексов окислительно-восстановительных электролитов, которые достигли 13,1% эффективности при стандартных условиях AM1,5G, 100 мВт / см2 и рекордно 32% эффективности при 1000 лк внутреннего освещения.

Введение в рынок
Несколько коммерческих поставщиков обещают доступность DSC в ближайшем будущем:

Dyesol официально открыла свои новые производственные мощности в Queanbeyan Australia 7 октября 2008 года. Впоследствии она объявила о партнерстве с Tata Steel (TATA-Dyesol) и Pilkington Glass (Dyetec-Solar) для разработки и крупномасштабного производства DSC BIPV. Dyesol также вступил в рабочие отношения с Merck, Umicore, CSIRO, японским министерством экономики и торговли, Singapore Aerospace Manufacturing и совместным предприятием с компанией TIMO Korea (Dyesol-TIMO).

Solaronix, швейцарская компания, специализирующаяся на производстве материалов DSC с 1993 года, расширила свои помещения в 2010 году, чтобы разместить производственную пилотную линию модулей DSC.

SolarPrint была основана в Ирландии в 2008 году доктором Мажаром Бари, Андре Ферноном и Роем Хорганом. SolarPrint был первым коммерческим предприятием в Ирландии, занимающимся производством технологии PV. Инновация SolarPrint была решением для электролита на основе растворителя, который на сегодняшний день запретил массовую коммерциализацию DSSC. Компания отправилась в конкурсное производство в 2014 году и была разорвана.

G24innovations, основанная в 2006 году, основана в Кардиффе, Южный Уэльс, Великобритания. 17 октября 2007 года было заявлено о выпуске первых тонкопленочных тонкодисперсных красителей, полученных с использованием красителя.
Корпорация Sony разработала солнечные элементы с чувствительностью к красителям с КПД преобразования энергии 10%, уровень, необходимый для коммерческого использования.

Tasnee заключает стратегическое инвестиционное соглашение с Dyesol.

H.Glass была основана в 2011 году в Швейцарии.H.Glass приложил огромные усилия для создания технологического процесса DSSC — первые результаты, показанные на ЭКСПО 2015 в Милане в австрийском павильоне. Важнейшим этапом для DSSC является научная башня в Австрии — это крупнейшая установка DSSC в мире, осуществляемая технологиями SFL.