天然染料敏化太阳能电池的研究进展
2012-09-12 16:42:396219
[摘 要]简单回顾了染料敏化太阳能电池的发展以及目前存在的弊端，分析了天然染料作为染料敏化太阳能电池敏化剂的优、缺点及发展潜力。按所用天然染料种类的不同，详细综述了近年来天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展，进而合理分析和预测了天然染料敏化太阳能电池的发展趋势及实用化必须解决的关键问题。
[关键词]天然染料；染料敏化太阳能电池；天然染料敏化太阳能电池；敏化剂；协同敏化
染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)的研究历史可以追溯到20 世纪60 年代，德国科学家Tributsch 发现染料吸附在半导体上，能在一定条件下产生电流。但是由于光电转换效率一直很低，所以早期的研究工作并不为人们所重视。直到1991 年，瑞士洛桑高等工学院(EPFL)的Brian O’Regan 和Michael Gr.tzel 教授[1]在《Nature》上报道的染料敏化太阳能电池的光电转化效率达到了7.1 %，并且价格较低廉，因而引起了全世界的关注。此后的十几年时间里，科学家在这种电池的运作机理以及电池组成部分的优化性改进等方面做了大量的研究[2-4]，使DSSC 得到了快速、稳步的发展。染料是DSSC 的核心部分之一，其作用是吸收太阳光，产生光电子，并将光电子传输到TiO2 导带上。因此，染料敏化剂性能的优劣对整个装置的光电转化效率起着决定性作用[5-8]。目前，人们研究的可作为敏化剂的染料主要有四种：钌多吡啶有机金属配合物、酞菁和菁类染料、“固体染料”和天然染料。其中，钌多吡啶有机金属配合物染料性能最好，以N3 染料、N719 染料[9]和“黑染料”[10]为代表，但是其合成、提纯等工艺比较复杂，成本也就相应较高，不利于大规模的工业化生产应用；酞菁和菁类染料很早就被用作光敏化剂了，性能也比较稳定，其敏化的DSSC 电池的光电转换效率约为4 %左右[11]，不过酞菁染料合成过程中副反应比较多，因此比较复杂，很难合成单一的纯物质；“固体染料”还存在宽禁带半导体严重光腐蚀等问题，有待进一步开发新的化合物半导体；天然染料作为敏化剂从DSSC 研究初期开始就引起了科学家的注意，因为DSSC 就是模拟自然界中的光合作用的原理来设计的[12-13]。大量的研究工作表明：如果把敏化剂用化学键“固定”在电极表面上，则它的敏化作用将比物理吸附的敏化作用大大增强，因此染料分子上一般应有易与纳米半导体表面结合的基团，如–COOH、–SO3H、–PO3H2 等，这类染料上的羧基能够与二氧化钛膜上的羟基结合生成酯。天然染料中正好富含能与纳米TiO2 表面作用的羧基、羟基等。并且天然染料分布广、种类繁多，可直接从植物中提取，无污染、无需繁琐的合成过程，分离提纯过程相对简单，可望通过多种天然染料的敏化实现对太阳光全波段范围的吸收[14]。研究表明有些天然染料，其性能与同等条件下钌多吡啶有机金属配合物染料对比相差并不是太大[15-17]，因此，也可以用来作为高性能太阳能电池的敏化剂进行研究。并且由于天然染料的电子分离、注入效率相对较低，可以方便地用来进行DSSC 电池机理的研究[18]。近十几年来，人们在天然染料敏化的DSSC 研究方面已经进行了大量的尝试。
随着经济的发展，环境污染和能源紧缺问题日益加重，天然染料敏化太阳能电池作为一种高效、环保型的清洁太阳能利用形式，它的研究、开发和利用必将得到越来越广泛的重视。文章在广泛查阅国内外相关文献的基础上，拟对天然染料作为染料敏化太阳能电池敏化剂的优、缺点及潜力进行分析；按所用天然染料种类的不同，详细综述近年来天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展，进而合理分析和预测天然染料敏化太阳能电池的发展趋势及实用化必须解决的关键问题。
1 天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展
自然界中，绿色植物的光合作用效率是非常高的，这与绿色植物中所含的物质(如天然色素)是分不开的。因此，自然界中肯定存在着具有良好光敏作用的物质，可以用来作为DSSC电池的敏化剂，从DSSC 电池诞生到现在的十几年时间里，科学家在天然染料的筛选、改性、协同敏化等方面做了大量的研究，以下将根据所用天然染料种类的不同来分述天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展。
1.1 叶绿素及其衍生物敏化DSSC 电池
作为公认的绿色植物光能接收器——叶绿素自然成为了研究的热点[19-21]。1993 年，Andreas Kay 和Michael Gr.tzel[19]研究了六种含有不同取代基的叶绿素及其衍生物(图1)作为敏化剂敏化DSSC 电池的性能。其研究结果表明，羧基对染料的吸附以及二氧化钛的敏化都是非常重要的，而发色团的π键对电子传输效率影响却不是很大。其中，用铜叶绿素(图1e)敏化的电池性能最好，电池总能量转换效率达到了2.6 %。这主要是因为Cu的引入遏制了因感光氧化作用而导致的染料激发态寿命的减短，从而提高了铜叶绿素稳定性[20]。刘宝琦等[21]采用叶绿素和叶黄素协同敏化的方法，对DSSC 电池的性能进行了研究。结果显示，叶绿素和叶黄素以不同浓度混合后敏化的电池转化效率η 为它们单独敏化时的5.8 倍和1.4 倍，最大输出功率为它们单独敏化时的5.7 倍和1.4 倍。
1.2 单宁酸(tannin)及其衍生物DSSC 电池
单宁酸及其衍生物是多酚化合物，能与Ti4+发生强烈的络合作用，形成不溶解的有色化合物，其吸收峰出现在560 nm 左右，能对TiO2 电极具有良好的敏化作用。因此，单宁酸也能成为染料敏化太阳能电池性能的良好敏化剂。
K.Tennakone[22]等对单宁酸及其衍生物作为染料敏化太阳能电池的敏化剂性能做了比较深入的研究。他们从红茶等中提取单宁酸作为敏化剂，以CuI 固体作为电解质，得到的最高短路光电流为7～9 mA/m2，且光电流的衰退速率小于5 %/h (950 W/m2 的太阳光模拟器照射下)。用多孔碳代替Pt 作为对电极，电池的性能得到提高，相应的短路电流和开路电压分别为3～4 mA/m2 和0.5 V，作者认为如果利用其他单宁酸类物质，光电流还能提高。同等条件下，n-TiO2/单宁酸/p-CuI 的光电压稳定性要高于n-TiO2/矢车菊素/p-CuI，这是因为单宁酸与TiO2 表面的结合力更强[23]。
Rodolfo Espinosa 等[24]从热带树木的废树皮中提取缩合单宁酸(condensed tannins)作为敏化剂，通过对IPCE 谱的分析发现，该敏化剂与TiO2表面的强络合作用能改变电极的物理性质，从而有效地减少了染料的再结合损失。
1.3 花青素及其衍生物DSSC 电池
花青素属于类黄酮化合物，是一种多酚化合物，普遍存在于植物的叶子、果实和花中，以保护植物不受到紫外光的伤害。花青苷是最普遍的花青素，在酸性溶液中呈红色，在520 nm 左右有很强的吸收峰。花青苷在纳米晶TiO2 表面的吸附非常迅速(图2)，花青苷中相邻的两个酚羟基与Ti(Ⅳ)中的-OH 反应，生成强二齿络合键。作为DSSC 的敏化剂，花青素类染料具有高稳定性、高电子注入效率及较高的敏化效率而受到研究者的青睐[12-13,16,25-28]，是目前研究最多的天然染料。
Qing Dai 等[25,28-29]从石榴籽皮中提取花青素类化合物，以水为电解质溶剂，得到了0.46 V 的光电压，并且该电池显示出了良好的稳定性，作者认为这可能是因为电池中的TiO2/H+/dye 系统具有缓冲作用。随后，他们[26,29]又较系统地研究了花青素类天然染料作为敏化剂的电池性能。分别以水溶液和无水乙醇溶液为电解质溶剂，研究了飞燕草素(Delphinidin，图3a)、矢车菊素(Cyanidin，图3b)和天竺葵色素(Pelargonidin，图3c)及其衍生物作为敏化剂，讨论了电解质溶液的pH、金属离子、TiO2 粒径以及I-和I2 对该种电池的影响，最终得到电池装置的开路电压达到0.47 V(乙醇溶剂)和0.38 V(水溶剂)。
K.Tennakone 等[16]用乙腈为电解质溶剂、矢车菊素(Cyanidin)为敏化剂，得到的电池短路电流为3.2 mA/m2，开路电压为480 mV，而在同等条件下以钌染料(ruthenium trinuclear dye)为敏化剂的电池短路电流为2.8 mA/m2，开路电压为600 mV。这也说明了花青素类染料的良好敏化性能。
C. G. Garcia 和A. S. Polo 等[14-15,30-31]于2006 年报道了更高的性能结果，他们从多种植物中提取花青素，其中效率最好的是从Jaboticaba 中提取的花青素染料， 电池短路电流为9.0 mA/m2，开路电压为590 mV[31]。
1.4 类胡萝卜素类DSSC 电池
类胡萝卜素具有能与TiO2 电极结合的基团，也能作为DSSC 电池的敏化剂。人们对多种类胡萝卜素化合物的光电化学性质进行了研究[32-36]，如斑鳌黄素、β-胡萝卜素等，其中斑鳌黄素最受关注。
Frank G. Gao 等[37]选用ACOC(8’-apo-β-caroten-8’-oic acid，图4，ACOC 分子与TiO2 表面的结合参见图5)作为敏化剂染料，以对苯二酚的水溶液为电解质溶，电池在426 nm 处得到的开路电压、短路电流、最大输出功率以及IPCE 分别为0.15 V、4.6 μA/cm2、1.9 μW/cm2 和34 %，其稳定性测试结果显示，1 h后短路电流降低了10 %。
2 总结与讨论
目前，硅太阳能电池的技术已相当成熟，商业化水平也相当高，而作为廉价的太阳能装置，染料敏化太阳能电池也在积极走向产业化、实用化。表1 给出了目前几种太阳能电池的最好能量转化效率。
以上数据表明：现有天然染料敏化太阳能电池的指标离实用化还有很长一段距离。就目前文献报道的国内外研究现状来看，天然染料作为DSSC 的敏化剂主要存在以下几个问题：一是选材比较单一，主要集中在以上介绍的几类染料当中；二是对天然染料存在的长期稳定性问题，还没有进行过深入的、系统的、有效的研究；三是绝大部分都是只用一种染料作为敏化剂，而单一染料的吸收带边、其吸收峰与可见光的匹配程度等是有限的。这些都限制了天然染料的进一步研究和发展。因此，天然染料敏化太阳能电池要实用化，必须在以下几个方面寻求突破：
(1)筛选出性能更好的天然染料。自然界天然色素资源是相当丰富的，主要有类胡萝卜素类、类黄酮化合物(如花青素)、醌类化合物、叶绿素类和胡萝卜素化合物(如叶黄素)等[39]，其光吸收峰的分布几乎覆盖了整个可见光的波段，且几乎都含有能与TiO2 电极表面结合的羟基、羧基等。因此，从不同种类中筛选出性能良好的敏化剂是非常重要的。在这方面，华侨大学的研究者[40]已做了一些工作，并取得了比较好的结果。
(2)染料的协同敏化及其机理的研究。根据热力学第二定律知，单一染料敏化的太阳能电池最多只有33 %的太阳能转化为电能[41]。单一染料只能吸收特定波段的光，因此，应研究多种具有不同波段吸收峰的天然染料的有机结合，使染料吸收谱与可见光谱之间的匹配得到不断优化，以增强染料的光吸收效率和电子注入效率。进而考察得出染料协同敏化机理，用以从理论上指导协同敏化的实验研究。现已有少数研究者[21,28]开始了协同敏化的实验研究工作，他们的实验结果已显示出协同敏化的优势。这方面的研究将是以后的一个热点。
(3)天然染料敏化太阳能电池的长期稳定性研究。天然染料容易与电解液中的碘元素反应而降解，同时，在光、热的作用下也容易发生分解，使电池的稳定性降低。因此，可以通过①改用固态电解质，如P-CuI[42]；②添加适当的染料保护剂；③对天然染料进行适当的改性等方法，研究如何改善电池中染料的敏化环境，提高电池的长期稳定性。
3 结束语
作为第三代太阳能电池，染料敏化太阳能电池从诞生之日起，就以其较好的光电性能、低成本和环境友好等特点受到全世界科学家的青睐，被认作为代替高性能但高成本的硅系太阳能电池，走向大范围、实用性推广的最佳技术。因此，染料敏化太阳能电池在追求高效率的同时，必定更加注重它的工艺简单化、低成本化以及环境友好等优点。天然染料的应用无疑是最好的解决方法之一。
[关键词]天然染料；染料敏化太阳能电池；天然染料敏化太阳能电池；敏化剂；协同敏化
染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)的研究历史可以追溯到20 世纪60 年代，德国科学家Tributsch 发现染料吸附在半导体上，能在一定条件下产生电流。但是由于光电转换效率一直很低，所以早期的研究工作并不为人们所重视。直到1991 年，瑞士洛桑高等工学院(EPFL)的Brian O’Regan 和Michael Gr.tzel 教授[1]在《Nature》上报道的染料敏化太阳能电池的光电转化效率达到了7.1 %，并且价格较低廉，因而引起了全世界的关注。此后的十几年时间里，科学家在这种电池的运作机理以及电池组成部分的优化性改进等方面做了大量的研究[2-4]，使DSSC 得到了快速、稳步的发展。染料是DSSC 的核心部分之一，其作用是吸收太阳光，产生光电子，并将光电子传输到TiO2 导带上。因此，染料敏化剂性能的优劣对整个装置的光电转化效率起着决定性作用[5-8]。目前，人们研究的可作为敏化剂的染料主要有四种：钌多吡啶有机金属配合物、酞菁和菁类染料、“固体染料”和天然染料。其中，钌多吡啶有机金属配合物染料性能最好，以N3 染料、N719 染料[9]和“黑染料”[10]为代表，但是其合成、提纯等工艺比较复杂，成本也就相应较高，不利于大规模的工业化生产应用；酞菁和菁类染料很早就被用作光敏化剂了，性能也比较稳定，其敏化的DSSC 电池的光电转换效率约为4 %左右[11]，不过酞菁染料合成过程中副反应比较多，因此比较复杂，很难合成单一的纯物质；“固体染料”还存在宽禁带半导体严重光腐蚀等问题，有待进一步开发新的化合物半导体；天然染料作为敏化剂从DSSC 研究初期开始就引起了科学家的注意，因为DSSC 就是模拟自然界中的光合作用的原理来设计的[12-13]。大量的研究工作表明：如果把敏化剂用化学键“固定”在电极表面上，则它的敏化作用将比物理吸附的敏化作用大大增强，因此染料分子上一般应有易与纳米半导体表面结合的基团，如–COOH、–SO3H、–PO3H2 等，这类染料上的羧基能够与二氧化钛膜上的羟基结合生成酯。天然染料中正好富含能与纳米TiO2 表面作用的羧基、羟基等。并且天然染料分布广、种类繁多，可直接从植物中提取，无污染、无需繁琐的合成过程，分离提纯过程相对简单，可望通过多种天然染料的敏化实现对太阳光全波段范围的吸收[14]。研究表明有些天然染料，其性能与同等条件下钌多吡啶有机金属配合物染料对比相差并不是太大[15-17]，因此，也可以用来作为高性能太阳能电池的敏化剂进行研究。并且由于天然染料的电子分离、注入效率相对较低，可以方便地用来进行DSSC 电池机理的研究[18]。近十几年来，人们在天然染料敏化的DSSC 研究方面已经进行了大量的尝试。
随着经济的发展，环境污染和能源紧缺问题日益加重，天然染料敏化太阳能电池作为一种高效、环保型的清洁太阳能利用形式，它的研究、开发和利用必将得到越来越广泛的重视。文章在广泛查阅国内外相关文献的基础上，拟对天然染料作为染料敏化太阳能电池敏化剂的优、缺点及潜力进行分析；按所用天然染料种类的不同，详细综述近年来天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展，进而合理分析和预测天然染料敏化太阳能电池的发展趋势及实用化必须解决的关键问题。
1 天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展
自然界中，绿色植物的光合作用效率是非常高的，这与绿色植物中所含的物质(如天然色素)是分不开的。因此，自然界中肯定存在着具有良好光敏作用的物质，可以用来作为DSSC电池的敏化剂，从DSSC 电池诞生到现在的十几年时间里，科学家在天然染料的筛选、改性、协同敏化等方面做了大量的研究，以下将根据所用天然染料种类的不同来分述天然染料敏化太阳能电池的国内外研究进展。
1.1 叶绿素及其衍生物敏化DSSC 电池
作为公认的绿色植物光能接收器——叶绿素自然成为了研究的热点[19-21]。1993 年，Andreas Kay 和Michael Gr.tzel[19]研究了六种含有不同取代基的叶绿素及其衍生物(图1)作为敏化剂敏化DSSC 电池的性能。其研究结果表明，羧基对染料的吸附以及二氧化钛的敏化都是非常重要的，而发色团的π键对电子传输效率影响却不是很大。其中，用铜叶绿素(图1e)敏化的电池性能最好，电池总能量转换效率达到了2.6 %。这主要是因为Cu的引入遏制了因感光氧化作用而导致的染料激发态寿命的减短，从而提高了铜叶绿素稳定性[20]。刘宝琦等[21]采用叶绿素和叶黄素协同敏化的方法，对DSSC 电池的性能进行了研究。结果显示，叶绿素和叶黄素以不同浓度混合后敏化的电池转化效率η 为它们单独敏化时的5.8 倍和1.4 倍，最大输出功率为它们单独敏化时的5.7 倍和1.4 倍。
1.2 单宁酸(tannin)及其衍生物DSSC 电池
单宁酸及其衍生物是多酚化合物，能与Ti4+发生强烈的络合作用，形成不溶解的有色化合物，其吸收峰出现在560 nm 左右，能对TiO2 电极具有良好的敏化作用。因此，单宁酸也能成为染料敏化太阳能电池性能的良好敏化剂。
K.Tennakone[22]等对单宁酸及其衍生物作为染料敏化太阳能电池的敏化剂性能做了比较深入的研究。他们从红茶等中提取单宁酸作为敏化剂，以CuI 固体作为电解质，得到的最高短路光电流为7～9 mA/m2，且光电流的衰退速率小于5 %/h (950 W/m2 的太阳光模拟器照射下)。用多孔碳代替Pt 作为对电极，电池的性能得到提高，相应的短路电流和开路电压分别为3～4 mA/m2 和0.5 V，作者认为如果利用其他单宁酸类物质，光电流还能提高。同等条件下，n-TiO2/单宁酸/p-CuI 的光电压稳定性要高于n-TiO2/矢车菊素/p-CuI，这是因为单宁酸与TiO2 表面的结合力更强[23]。
Rodolfo Espinosa 等[24]从热带树木的废树皮中提取缩合单宁酸(condensed tannins)作为敏化剂，通过对IPCE 谱的分析发现，该敏化剂与TiO2表面的强络合作用能改变电极的物理性质，从而有效地减少了染料的再结合损失。
1.3 花青素及其衍生物DSSC 电池
花青素属于类黄酮化合物，是一种多酚化合物，普遍存在于植物的叶子、果实和花中，以保护植物不受到紫外光的伤害。花青苷是最普遍的花青素，在酸性溶液中呈红色，在520 nm 左右有很强的吸收峰。花青苷在纳米晶TiO2 表面的吸附非常迅速(图2)，花青苷中相邻的两个酚羟基与Ti(Ⅳ)中的-OH 反应，生成强二齿络合键。作为DSSC 的敏化剂，花青素类染料具有高稳定性、高电子注入效率及较高的敏化效率而受到研究者的青睐[12-13,16,25-28]，是目前研究最多的天然染料。
Qing Dai 等[25,28-29]从石榴籽皮中提取花青素类化合物，以水为电解质溶剂，得到了0.46 V 的光电压，并且该电池显示出了良好的稳定性，作者认为这可能是因为电池中的TiO2/H+/dye 系统具有缓冲作用。随后，他们[26,29]又较系统地研究了花青素类天然染料作为敏化剂的电池性能。分别以水溶液和无水乙醇溶液为电解质溶剂，研究了飞燕草素(Delphinidin，图3a)、矢车菊素(Cyanidin，图3b)和天竺葵色素(Pelargonidin，图3c)及其衍生物作为敏化剂，讨论了电解质溶液的pH、金属离子、TiO2 粒径以及I-和I2 对该种电池的影响，最终得到电池装置的开路电压达到0.47 V(乙醇溶剂)和0.38 V(水溶剂)。
K.Tennakone 等[16]用乙腈为电解质溶剂、矢车菊素(Cyanidin)为敏化剂，得到的电池短路电流为3.2 mA/m2，开路电压为480 mV，而在同等条件下以钌染料(ruthenium trinuclear dye)为敏化剂的电池短路电流为2.8 mA/m2，开路电压为600 mV。这也说明了花青素类染料的良好敏化性能。
C. G. Garcia 和A. S. Polo 等[14-15,30-31]于2006 年报道了更高的性能结果，他们从多种植物中提取花青素，其中效率最好的是从Jaboticaba 中提取的花青素染料， 电池短路电流为9.0 mA/m2，开路电压为590 mV[31]。
1.4 类胡萝卜素类DSSC 电池
类胡萝卜素具有能与TiO2 电极结合的基团，也能作为DSSC 电池的敏化剂。人们对多种类胡萝卜素化合物的光电化学性质进行了研究[32-36]，如斑鳌黄素、β-胡萝卜素等，其中斑鳌黄素最受关注。
Frank G. Gao 等[37]选用ACOC(8’-apo-β-caroten-8’-oic acid，图4，ACOC 分子与TiO2 表面的结合参见图5)作为敏化剂染料，以对苯二酚的水溶液为电解质溶，电池在426 nm 处得到的开路电压、短路电流、最大输出功率以及IPCE 分别为0.15 V、4.6 μA/cm2、1.9 μW/cm2 和34 %，其稳定性测试结果显示，1 h后短路电流降低了10 %。
2 总结与讨论
目前，硅太阳能电池的技术已相当成熟，商业化水平也相当高，而作为廉价的太阳能装置，染料敏化太阳能电池也在积极走向产业化、实用化。表1 给出了目前几种太阳能电池的最好能量转化效率。
以上数据表明：现有天然染料敏化太阳能电池的指标离实用化还有很长一段距离。就目前文献报道的国内外研究现状来看，天然染料作为DSSC 的敏化剂主要存在以下几个问题：一是选材比较单一，主要集中在以上介绍的几类染料当中；二是对天然染料存在的长期稳定性问题，还没有进行过深入的、系统的、有效的研究；三是绝大部分都是只用一种染料作为敏化剂，而单一染料的吸收带边、其吸收峰与可见光的匹配程度等是有限的。这些都限制了天然染料的进一步研究和发展。因此，天然染料敏化太阳能电池要实用化，必须在以下几个方面寻求突破：
(1)筛选出性能更好的天然染料。自然界天然色素资源是相当丰富的，主要有类胡萝卜素类、类黄酮化合物(如花青素)、醌类化合物、叶绿素类和胡萝卜素化合物(如叶黄素)等[39]，其光吸收峰的分布几乎覆盖了整个可见光的波段，且几乎都含有能与TiO2 电极表面结合的羟基、羧基等。因此，从不同种类中筛选出性能良好的敏化剂是非常重要的。在这方面，华侨大学的研究者[40]已做了一些工作，并取得了比较好的结果。
(2)染料的协同敏化及其机理的研究。根据热力学第二定律知，单一染料敏化的太阳能电池最多只有33 %的太阳能转化为电能[41]。单一染料只能吸收特定波段的光，因此，应研究多种具有不同波段吸收峰的天然染料的有机结合，使染料吸收谱与可见光谱之间的匹配得到不断优化，以增强染料的光吸收效率和电子注入效率。进而考察得出染料协同敏化机理，用以从理论上指导协同敏化的实验研究。现已有少数研究者[21,28]开始了协同敏化的实验研究工作，他们的实验结果已显示出协同敏化的优势。这方面的研究将是以后的一个热点。
(3)天然染料敏化太阳能电池的长期稳定性研究。天然染料容易与电解液中的碘元素反应而降解，同时，在光、热的作用下也容易发生分解，使电池的稳定性降低。因此，可以通过①改用固态电解质，如P-CuI[42]；②添加适当的染料保护剂；③对天然染料进行适当的改性等方法，研究如何改善电池中染料的敏化环境，提高电池的长期稳定性。
3 结束语
作为第三代太阳能电池，染料敏化太阳能电池从诞生之日起，就以其较好的光电性能、低成本和环境友好等特点受到全世界科学家的青睐，被认作为代替高性能但高成本的硅系太阳能电池，走向大范围、实用性推广的最佳技术。因此，染料敏化太阳能电池在追求高效率的同时，必定更加注重它的工艺简单化、低成本化以及环境友好等优点。天然染料的应用无疑是最好的解决方法之一。
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