在染料敏化半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池中，由于一些寬帶隙的半導(dǎo)體（如TiO2）的禁帶寬度相當(dāng)于紫外區(qū)的能量，因而捕獲太陽(yáng)光的能力非常差，無(wú)法將其直接用于太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換。因此人們尋找到一些可以與這些寬帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶能量匹配的染料，使其吸附在半導(dǎo)體的表面上，利用染料對(duì)可見(jiàn)光的強(qiáng)吸收從而將體系的光譜響應(yīng)延伸到可見(jiàn)區(qū)，這種現(xiàn)象就叫做半導(dǎo)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。

特點(diǎn)

對(duì)可見(jiàn)光的吸收性能好

方法

真空沉積和電化學(xué)沉積等

特點(diǎn)

高性能的敏化劑需要具有以下特點(diǎn)：

(1) 能緊密吸附在寬帶隙半導(dǎo)體表面，要求染料分子中含有羧基、羥基等極性基團(tuán)；

(2) 對(duì)可見(jiàn)光的吸收性能好，在整個(gè)太陽(yáng)光光譜范圍內(nèi)都應(yīng)有較強(qiáng)的吸收；

(3) 染料分子應(yīng)該具有比電解質(zhì)中的氧化還原電對(duì)更正的氧化還原電勢(shì)；

(4) 染料在長(zhǎng)期光照下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠完成108次循環(huán)反應(yīng)；

(5) 染料的氧化態(tài)和激發(fā)態(tài)要有較高的穩(wěn)定性；

(6)激發(fā)態(tài)能級(jí)與寬帶隙半導(dǎo)體導(dǎo)帶能級(jí)匹配，激發(fā)態(tài)的能級(jí)高于寬帶隙半導(dǎo)體導(dǎo)帶能級(jí)，保證電子的快速注入；

(7) 染料分子能溶解于與半導(dǎo)體共存的溶劑。

金屬釕（Ru）的聯(lián)吡啶配合物系列、金屬鋨（Os）的聯(lián)吡啶配合物系列、酞菁和菁類(lèi)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(zhuǎn)換

自然界綠色植物的光合作用是已知最為有效的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換體系。許多人利用類(lèi)似 葉綠素分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)光敏染料設(shè)計(jì)人工模擬光合作用的光能轉(zhuǎn)換體系，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的研究。由于有機(jī)光敏染料可以自行設(shè)計(jì)合成，與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料相比，材料選擇余地大，而且易達(dá)到價(jià)廉的目標(biāo)。如金屬卟啉和金屬酞菁是大Π共軛有機(jī)分子與金屬組成的配合物，具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，能較強(qiáng)吸收可見(jiàn)光譜，作為有機(jī)光伏材料，它是目前廣泛研究的對(duì)象。

單層電極

用真空沉積、旋轉(zhuǎn)涂布和電化學(xué)沉積等方法，將有機(jī)染料修飾在金屬、導(dǎo)電玻璃或 半導(dǎo)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(duì)光電性能有明顯的影響，說(shuō)明可以通過(guò)改變功能取代基的種類(lèi)和位置來(lái)優(yōu)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(guān)，三價(jià)、四價(jià)酞菁化合物（AlClPc，GaClPc，InClPc，SiCl2Pc，GeCl2，TiOPc，VOPc）比二價(jià)金屬酞菁化合物（ZnPc，MgPc，CoPc，SnPc，PbPc，F(xiàn)ePc，NiPc）的光電性能優(yōu)越，這是因?yàn)槿齼r(jià)、四價(jià)金屬酞菁的光譜響應(yīng)較寬，而且分子中的氯原子和氧原子有利于電子傳遞。酞菁銅的電化學(xué)聚合膜由于聚合物分子比單體具有更大的共軛體系，電子更易于移動(dòng)和遷移，而且電聚膜與墊底接觸電阻小，因此表現(xiàn)出比其單體更佳的光電性能。除有機(jī)光敏染料外，影響光電性能的還有電解液的酸堿性和氧化還原性質(zhì)以及環(huán)境中的氧化性和還原性氣氛等。