太陽能電池正迅速成為世界許多國家生產(chǎn)清潔電力的主要方式之一。在過去的幾十年里，人們付出了巨大的努力使太陽能更加突出。然而，該技術目前面臨一些限制廣泛應用的挑戰(zhàn)。

就染料敏化太陽能電池(DSSC)(一種非常有前途的光伏技術)而言，主要問題之一是染料聚集。根據(jù)設計，DSSC是模擬植物光合作用的電化學系統(tǒng)。他們依靠特殊的感光染料將陽光轉化為電能。理想情況下，染料應該均勻地涂抹在透明層后面的氧化物電極表面上，這樣吸收的陽光的能量就可以很容易地轉移到染料的電子上。這個過程產(chǎn)生為外部電路供電的自由電子。然而，大多數(shù)染料傾向于在電極表面聚集，從而阻礙所需的光電荷和電荷流動。這會對已證明難以克服的DSSC的性能造成影響。

幸運的是，由名古屋工業(yè)大學的TomohikoInomata副教授領導的一組科學家可能剛剛找到了解決這個問題的方法。在他們最近發(fā)表在RSCAdvances上的研究中，他們表明某些離子液體(在相對較低的溫度下呈液態(tài)的熔鹽)可以將染料聚集抑制到令人印象深刻的程度。該研究團隊的其他成員包括名古屋工業(yè)大學的松永綾香女士和小澤智宏教授，以及愛知工業(yè)大學的增田秀樹教授。

但是，離子液體是如何實現(xiàn)這一壯舉的呢?為了闡明起作用的確切機制，研究人員專注于兩種分子大小明顯不同的離子液體和兩種染料。兩種離子液體都具有相似的分子結構，包括一個與電極結合良好的錨(二氧化鈦，TiO2)、一個將該錨與磷原子連接的主聚合物鏈，以及三個從磷原子突出的附加短聚合物鏈和遠離主要的“垂直”鏈。

研究人員將TiO2電極浸入具有不同染料與離子液體比例的溶液中，并仔細分析了不同分子是如何粘附在電極上的。在優(yōu)化合成過程后，他們發(fā)現(xiàn)使用具有較長分子結構的離子液體制成的DSSC的性能明顯優(yōu)于未改性氧化物電極的對應物。“離子液體的空間龐大的分子結構可作為一種有效的抗聚集劑，而不會顯著影響吸附到電極中的染料量，”Inomata博士解釋說。“最重要的是，更大離子液體的引入改善了DSSC的所有光伏參數(shù)。”

毋庸置疑，改進太陽能電池技術可以使我們在應對持續(xù)的能源和氣候危機中占據(jù)優(yōu)勢。盡管離子液體通常很昂貴，但團隊使用它的方式實際上是具有成本效益的。“簡而言之，這個想法是僅在設備的所需部分(在本例中為電極表面)應用離子液體，”Inomata博士說。

該團隊認為，廣泛使用用離子液體修飾的電極可以為太陽能電池和催化系統(tǒng)的高功能且價格合理的材料鋪平道路。由于離子液體的結構可以在合成過程中進行調(diào)整，因此它們作為抗聚集劑提供了急需的多功能性。