Boyaya duyarlı güneş pilleri

Bir boyaya duyarlı güneş hücreleri (DSSC, DSC or DYSC), düşük maliyetli ve ince filmli güneş hücreleri grubuna ait olan güneş hücreleridir. Avrupa enerji araştırmaları enstitüsü, 30 Haziran 2006, hücre bir anode ve bir elektrondan oluşan yarı iletkenlere dayanır. Boyaya dayalı güneş hücrelerinin modern versiyonu Brian O'Regan ve Michael Grätzel tarafından icat edilen  Grätzel hücre olarak da bilinir. ve  daha sonra bu çalışma 1991’de ilk yüksek verimli DSSC’nin yayınına kadar  the École Polytechnique Fédérale de Lausanne’da adı geçen bilim adamları tarafından geliştirildi.

DSSC birçok çekici özelliğe sahiptir; geleneksel rulo baskı tekniklerini kullanarak yapmak kolaydır, yarı-esnek ve yarı-saydamlar için çeşitli kullanım alanlarında uygun olmayan cam tabanlı sistemler içindir ve kullanılan çoğu material ucuzdur. Pratikte,platinyum ve rutenyum gibi pahalı olan materylaleri ayırmak zordur  ve sıvı elektrotlar her havada kullanılmak için uygun bir hücreyi sağlıyorlar.En iyi ince film hücrelerden daha az dönüşme etkinliğine rağmen,teoride system paritesini meydana getirerek değeri fosil yakıtlarından enerji üretimiyle yarısacak kadar iyi olmalıdır. Kimyasal kararlılık sorunlarıyla desteklenmiş ticari uygulamalar, Avrupa birliği fotovoltaik yol haritasında yenilenebilr enerji kaynakların önemli bir katkı sağlamak için 2020 kuşağına  bir öngörüdür.

Mevcut teknoloji: yari iletken güneş pilleri
Geleneksel katı hal elektroniğinde güneş pilleri iki katkılı kristallerden yapılır;bir kat ek olarak serbest electron iletim bandı ekleyen n-tür yarı iletken diğer kat electron deliği ekleyen p-tür yarı iletkendir.Temas ettirildiklerindde n-tür bölümündeki elektronların bazıları  p-türdeki electron deliklerini doldurmak için p-türe akacaktır. Sonuç olarak,iki materyalin  Fermi seviyelerini eşitemek için yeterli olacak kadar electron akacaktır.Sonuç yük taşıyıcıların arayüzün iki tarafında toplanmış ya da dağılmış olduğu p-n kesisim yüzeyinde bir arayüz alanıdır.Silikonda bu electron transferi 0.6-0.7 civarında bir potansiyel engel oluşturur.

Güneş ışığı altına yerleştirildiğnde güneş ışığının fotonları p-tür yarı iletkenin elektronlarını uyarır bu süreç foton uyarma olarak bilinir.Silikonda,güneş ışığı bir elektronu düşük enerjiden yüksek enerjiye itmek için yeteri kadar enerji sağlayabilir (iletim bandı).İsmininde vurguladığı gibi iletim bandındaki elektronlar silikonda hareket etmek için serbestirler. Bir yük hücreye yerleştirildiğinde bu elektronlar p-türden n-türe akacaktır (harici devredeb geçerken enerji kaybedecektir) ve sonra arkalarında bıraktığı değerlik elektron yeriyle yeniden birleşebileceği p-türüne geri akacaktır.Bu yolla güneş ışığı harici bir akım yaratacaktır.

Herhangi bir yarı iletkende, boşuk bandı belirli bir enerji ya da daha fazla enerjiye sahip olan fotonların akıma katkı sağlayabileceği anlamına gelir.Silikon durumunda, kırmızıdan mora kadar görünür ışığın büyü çoğunluğu bunu yapamak için yeterli enerjiye sahiptir. Ne yazık ki  mavi ve mor spektrumlarının sonunda olan yüksek enerjili fotonlar  bu bandı geçmek için çok daha fazla enerjiyee  sahiptir. Fazla enerjilerinin elektronlara aktarılmasına rağmen bu enerjinin çoğu  ısı enerjisi olarak atılır.Foton yakalamak için  uygun bir ihtimal  de n-tür  katmanın fazlasıyla kalın olmasıdır.Bu aynı zamanda fırlatılan elektronun bir maddedeki eletronun p-n kesişimine ulaşmadan elektron deliğine ulaşma şansını artırır. Bu etki silicon güneş pilnin verimliliğinde genel birimler için yüzde 12 den 15 e kadar en iyi laboratuvar hücreleri için yüzde 25 e kadar(teorik olarak maksimum tek bant güneş pil için maksimum verim yüzde 30 civarındadır (Shockley–Queisser limit) )bir üst limit oluşturur.

Şimdiye kadar geleneksel ykalaşımla ilgili olan problem maliyettir; güneş hücreleri belirli bir oranda foton yakalayabilmek için kalın katmanlı silikon tabakalarına ihtiyaç duyarlar ve silikon aşaması pahalı bir aşamadır.Son on yıldır bu maliyeti azaltmak için yapılan birçok çalışma vardır fakat pratik problemler yüzünden bu zamana kadar birçok sınırlı uygulama görülmüştür. . Bu hücreler çok yüksek maliyetli ve sadece büyük ticari dağıtımlar için uygun olmasına rağmen bir başka araştırma çizgisi, çoklu birleşim yaklaşımıyla verimliliği artırmıştır. Maliyetler nedeniyle artan arz biraz düşmüş olsa da genel anlamda çatı dağıtımı için uygun hücre tipleri, verimliliği önemli ölçüde değişmemiştir.

Boya duyarlı güneş hücreleri
1960'ların sonlarında ışıklı organik boyalar elektrokimyasal hücrelerde oksit elektrotlar elektrik üretebilen olduğu ortaya çıktı. Fotosentez birincil süreçleri anlamak ve simüle etmek için ıspanaktan alınan klırofil ile Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nde çalışıldı. Boyaya duyarlı güneş pilleriyle elektrik üretimi deneyleri  1972 yılında gösterilmiş ve tartışılmıştır. Boyaya duyarlı güneş hücrelerinin karasızlığı başlıca  zorluk olarak tanımlanmıştır. Bu etkinlik  yirmi yıl boyunca  ince oksit tozundan hazırlanmış elektrotun gözenekliliğini optimize ederek geliştirilebilirdi fakat kararsızlık bir problem olarak kaldı.  Modern bir DSSC klorofil yeşil yapraklar gibi güneş ışığı emen bir molekül bir boya ile kaplanmış titanyum dioksit nanopartikül s gözenekli bir tabakadan  oluşmaktadır. Titanyum dioksit  plantinyum tabanlı bir katalizörlü elektrolit solüsyonuna altına batırılır. Geleneksel alkalin pilinde olduğu gibi, bir anot (titanyum dioksit) ve bir katot (platin) bir sıvı iletkenin (elektrolit) her iki tarafına yerleştirilir.

Güneş ışığı daha sonra elektronları uyarıp titanyum dioksite akmasını sağlayan boya tabakasından geçer. Elektronlar bir yükü oluşturmak için toplandıkları saydan elektrota doğru akarlar. Harici devres içinde aktıktan sonra, arkada bir metal elektrot üzerindeki hücre içine yerleştirilir.Daha sonra elektrot elektronları boya molekülüne geri taşır.

Boya tabanlı güneş pilleri geleneksel bir hücrede silikon tarafından sağlanan iki fonksiyonu ayırır.Normalde silikon fotoelektron ve akım oluşturmak için yükleri ayırarak elektrik alan sağlar.Boya duyarlı güneş pillerinde, yarı iletken gövdesi sadece yük taşınması için kullanılır, fotoelektronlar ayrı fotosentetif boyadan sağlanır.Yük ayrılması boyanın yarı iletkenin ve elektronun yüzeyleri arasında olur.

Boya molekülleri oldukça küçüktür bu yüzden gelen ışınları yakalamak için boya tabakası moleküllerin kendi kalınlığından çok daha fazla kalın yapılmalıdır Bu sorunu çözmek için, bir nano malzeme hücrenin herhangi bir yüzey alanı için molekül sayısının artırılması, bir 3-D matris içindeki boya moleküllerinin çok sayıda tutmak için bir iskele olarak kullanılır. Mevcut tasarımlarda,bu çift iskele görevi gören yarı iletken malzeme tarafından sağlanır

Grätzel  ve Brian O'Regan dizaynında hücre üç ana bölümden oluşur. Üzerinde florür katkılı malzemeden yapılmış bir saydam anot olan kalay (SnO2:F).Bu iletken plakanın arkası yüzünde ince bir tabakası olan titanyum dioksit(TiO 2) oldukça gözenekli bir yapıyı oluşturan yüzey alanına sahiptir..TiO2  sadece küçük yüzdeyle güneş fotonları absorbe eder.

Plaka daha sonra bir ışığa duyarlı  bir priding boya karışımı içine daldırılır. (bu karışım aynı zamanda molekül duyarlayıcı olarak adlandırlır ve bir çözücüdür.Film boyaya batırıldıktan sonra,kalın bir boya tabakası kovalent bağlı olarak TiO2 ‘nun yüzeyinde kalır.

 
Ayrı bir plaka daha sonra tipik haliyle platin metali üzerine yayılmış  iyodür elektroliti yayılmış ince bir tabaka ile yapılır. İki plaka daha sonra kat ve sızmasını önlemek için elektrolit birliktebirleştirilmiş kapatılmıştır.İnşaası hobi malzemeleriyle el yapımı olarak yapılacak kadar basittir.   "ileri" malzemeler kullanılmasına rağme  bunlar normal hücreler için gerekli silikona göre ucuzdur çünkü ancak hiçbir pahalı imalat adımlarını gerektirmezler.Örneğin; TiO 2  yaygın bir boya baz olarak kullanılır.

Etkili DSC cihazlarında rutenyum bazlı boya kullanılır.Örneğin,[Ru (4,40-dikarboksi-2,20-bipiridin) 2 (NCS) 2] (N3 karboksilat parçaları üzerinden foton anoduna bağlıdırFoton anodu 12 mikron kalınlığında film,10-20 nm çapında TiO,4mikron kalınlığında 400 nm çapındaki elektronların saydam elektrota geri yayılmasını sağlayan parçacıklardan daha büyük TiO2  nanotaneciklerden oluşur.Uyarılan boya ışık emiliminden sonra elektornlarıTiO2‘ye enjekte eder.Enjekte edilmiş elektronlar iletkeb oksit (TCO)nun ön kenarlarında toplanan parçacıklar boyunca yayılırken I3/I redoks indirgenmesi aracılığıyla yenilenir.Karşı elektrotun yükseltgenmiş yayılımı devreyi tamamlar.

DSSC Mekanizması
DSSC’de olan ana aşamalar

Step 1:Aşağıdaki temel adımlar fotonu akıma dönüştürür:
 
1. Gelen  foton adsorbe edilen complex Ru fotosantizerleri tarafından TiO2  yüzeyi üzerinde emilir.

2. Fotosansitizerler temel halden(S) uyarılmış hale(S∗) geçmek için uyarılırlar.Uyarilmiş elektronlar  TiO2  elektrotunun iletken bandına enjekte edilir.Bu  durum fotosansitizierlerin (S+) yükseltgenmesiyle sonuçlanır.
 
S + hν → S∗ (1)

S∗ → S+ + e− (TiO2) (2)

3. TiO2’ nin iletken bandına enjekte edilmiş elektronlar  The injected  TiO2  nano parçacıkarı arasında TCO)’ye doğr yayılarak  taşınır. Ve son olarak elektron devresi üzerinden karşı elektrot ulaşır.

4. Yükseltgenmiş fotosansitizerler  (S+) redoks aracılığıyla temel halin(S) ve I−  − yükseltgenmesine yol açan I−  iyonundan elektron kabul ederler .

S+ + e− → S (3)

5. Yükseltgenmiş redoks aracı, I3−, karşı elektrorata doğru yayılır ve −  iyonuna indirgenir.

I3− + 2 e− → 3 I− (4)

DSSC’nin vermililiği bileşenin dört enerji seviyesine bağlıdır;uyarılmış hal(yaklaşık olarak LUMO), fotosansitizierlerin temel haline(HOMO), TiO2  elektrotunun Fermi seviyesine ve bir elektrottaki aracının (I−/I3−) redoks potansiyeline.

Nanoplant benzeri  Yapı bilgisi
DSSC  de elektrotlar toplaşık yarı iletken nano parçacıklardan oluşur ve başlıca parçacık TiO2 ya da ZnO. Bu nanoparçacıklar yarı iletken boyunca sınırlanmış difüzyona dayanır.Bu limit aracın verimliliğidir çünkü bu yavaş iletim mekanizmasıdır.Yeniden birleşim radyasyonun uzun dalga boylarında olma ihtimali dah yüksektir.Ek olarak nanoparçacıkları katılaştırmak 450 °C gibi bu parçacıkların imalinin dayanıklı hale gelmesini sağlayan yüksek bir sıcaklık gerektirir.Eğer  toplanmış parçacıklı elektrot özel dizayn edilmiş nanoplant_like içeren bir elektrottla değiştirildiğinde  DSSC’nin veriminde bir artış olduğu kanıtlanmıştır.

İşlem

Güneş ışığı hücreye saydam SnO2:F  tabaksanın üsütnden girer ve TiO2’nin yüzeyindeki boya moleküllerine çarpar.Boyaya çarpan elektronlar direkt olarak TiO2.’nin iletken bandına enjekte edilebilen uyarılmış elektronların enerjisine sahip olur. Buradan elektron yoğunluğunun sonucu olarak difüzyonla üstteki temiz kısımıa anota hareket eder.

Bu arada, boya molekülleri elektron kaybeder ve eğer elektron sağlanmazsa molekül ayrışır.Boya bir elektronunu the TiO2’nin altındaki iyottan  iyodu triiyodüre yükseltgeyerek alır. Bu reaksiyon güneş hücresinde olan enjekte edilmiş elektronun yeniden birşelmesi için geçen süreden daha az zaman alır. 
Daha sonra triiyodür kayıp elektronunu yeni devre boyunca hareket eden elektronu hücreye yeniden tanıştıran karışı elektrot alan alt hücreye difüzyon yaparak elde eder.

Verim
Birçok önemli tedbirler güneş hücreleri karakterize etmek için kullanılır. En belirgin olan hücre üzerinde parlayan güneş enerjisi belirli bir miktarı için üretilen elektrik gücün toplam miktarıdır.  Yüzde olarak ifade edildiğinde, bu güneş dönüşüm verimi olarak bilinir. Elektrik güç akım ve gerilimin ürünüdür, bu nedenle bu ölçümler için maksimum değerleri sırasıyla,hem Jsc ve Voc  önemlidir. Son olarak, temel fiziği anlamak amacıyla, "kuantum etkinliği" (belli bir enerji), bir fotonun  bir elektron yaratma şansını karşılaştırmak için kullanılır.

Kuantum verimliliği terimlerinde, DSSC’ler son derece verimlidir çünkü  nano yapılarındaki derinlikleri bir fotonu absorbe etme için çok yüksek şansa sahiptir ve boyalar elektronları dönüştürmek için çok etkilidir. DSSC’deki birçok elektron kayıpları temiz elektrotta ve  ya da elektrotun önündeki optiksel kayıptandır. Yeşil ışık için genel kuantum verimliliği "% 10 büyük ölçüde üst elektrot olarak optik kayıpları neden olur bu yüzden yaklaşık% 90’dır. Geleneksel tasarımları kuantum verimliliği kendi kalınlığına bağlı olarak değişir  ama DSSC ile hemen hemen aynıdır.

Solar aydınlatma koşulları (Voc) altında, Teorik olarak, bu tür bir hücre tarafından üretilen maksimum gerilim arasındaki fark sadece TiO 2 of Fermi seviye ve elektrotun redoks potansiyeli arasındaki fark kadardır. Aydınlatılmış bir DSSC bir "açık devre" ye bir voltmetreyle  bağlandığında ise, yaklaşık 0.7 V değer okunur.Voltajlar karşılaştrılıdığında,DSSC silikondan daha yüksek Voc  bir değer verir; to 0.6 V  ile karşılaştırıldığında yaklaşık olarak 0.7 V. Bu oldukça küçük bir farktır yani gerçek dünya farklılıklar mevcut üretim, J <sub> sc </ sub> tarafından bastırlır.

Boya  TiO2 da elektronları serbest elektrona dönüştürmede çok fazla etikli olsa da yalnızca boya molekülleri tarafından absorbe edilen elektronlar akım üretebilir. Foton emilme oranı duyarılı TiO 2  tabakasının üzerinden absorpisyon spekturumu ve güneş akı spektrumuna bağlıdır. Bu iki spektrum arasındaki mümkün olan en yüksek üste binme foton akımını belirler. Silikonla kıyaslandığında kullanılan tipik boya molekülleri daha zayıf emmeye sahiptir  bu da güneş ışığındaki daha az fotonun akım üreteceği anlamına gelir. Bu faktörler DSSC tarafından üretilen akımı sınırlandırır. Karşılaştırma için, geleneksel silikon tabanlı güneş pili  yaklaşık 35 m A/cm 2 sunmaktadır, oysa mevcut DSSCs yaklaşık 20 mA/cm2 sunar.
Geçerli DSSC için genel zirve güç dönüşüm verimi yaklaşık % 11'dir. Prototipler için geçerli kayıt% 15dir.

Bozulum
DSSC polimerler, pigmentler ve boyalar Morötesi Parçalanma veya indirgeme morötes] radyasyona maruz kaldığında Bariyer tabakası UV dengeleyicisi  veya UV emicisi Luminescence lümin  kromofor (daha uzun dalga boyunda yayan olan) içerebilir  ve antioksidan ve hücrenin verimliliğini artırmak ve verimliği korumak  için içerebilir.

Avantajları
DSSC  en etkili üçüncü oluşumdur. Diğer ince film teknolojisi% 5 ve% 13 arasında, tipik olarak, ve geleneksel düşük-maliyetli ticari silikon paneller% 14 ve% 17 arasında çalışır. Bu cam daha az kolektör mekanik sağlamlık ve hafif, büyük ve avantajlı çatı için güneş kollektörleri gibi "düşük yoğunluklu" uygulamaları mevcut teknolojiler için bir yedek olarak DSSC  cazip hale getirmektedir. Bunlar yüksek maliyetli yüksek verim hücreleri daha uygun olan büyük ölçekli dağıtımlar için cazip olmayabilir, ama DSSC dönüşüm verimliliğindeki bile küçük artışlar onları diğer roller için uygun hale getirebilir.
 
DSSC’nin özellikle çekici başka bir alanı var. Doğrudan TiO 2 içine bir elektron enjekte süreci elektronun orijinal kristal içinde desteklendiği  geleneksel bir hücrede meydana gelen süreçten farklıdır.Teorik olarak, düşük üretim oranları göz önüne alındığında,silikondaki yüksek enerjili elektron bir foton dışarı Bu durumun yaygın olmamasına rağmen,bir elektron için foton uyarılmasından once başka bir molecule çarpması daha kolaydır.

Buna karşılık, DSSC de kullanılan enjeksiyon işlemi, sadece bir ilave elektron TiO <sub> 2 </ sub>deki  bir delik tanıtmaz. Enerji açısnıdan bir elektron için boyayla yeniden birleşmek mümkün olmasına rağmen, bunun olduğu oran  boyanın çevresindeki elektrottan bir elektron kazanma oranından daha yavaş orana sahiptir TiO2den yeniden  elektrottaki türlerle birleşme de mümkündür fakat bu yine optimize edilmiş cihazlar için çok küçüktür.  Plantinyum kaplanmış elektorttan elektrolitteki türe elektron transfrenin aksine  çok hızlıdır.

Bu elverişli "diferansiyel kinetik" sonucu olarak DSSC hatta düşük ışık koşullarında bileçalışır. DSSC’ler bu yüzden bulutlu ve güneş olmayan havalarda çalışabilir ancak geleneksel dizaynlar bazı aydınlatma düzeyi limitlerine sahiptir,bu düzeylerde yük taşıyıcı hareketlilik düşük ve rekombinasyon önemli bir sorun haline gelir. Kesim kapalı alanlarda kullanımda ve küçük cihazların evdeyken güneşten enerji emebilecek kadar yavaştır.DSSC’nin en ince film teknolojilerinde de olan pratik bir avantajı hücrenin mekanik sağlamlığının dolaylı olarak yüksek sıcaklıklarda daha yüksek verimliliğe için sebep olmasıdır.Herhangi bir yarı iletkende . In any semiconductor, artan sıcaklık elektronuları iletken banda mekanik olarak ilerletecektir.Silikon hücrelerinin kırılganlığı onlar tipik olarak dayanıklılık için bir metal destek ile  sera benzeri onları saran bir cam kutuda diğer elementlerden korumayı gerektirecektir.Böyle sistemler hücreler içten ısınır gibi sistem verimliliği belirgin bir düşüş yaşayacaktır. DSSC sadece önünde  çok daha kolay ısı yaymalarını sağlayan kalın bir iletken plastikle inşa ve dolayısıyla daha düşük iç sıcaklıklarda faaliyet göstermektedir.

Dezavantajları
DSSC dizaynın en büyük dezavantajı  sıcaklık kararlılığı problemine sahip olan sıvı elektrolit kullanımıdır.Düşük sıcaklıklarda elektrolit donabilir ve tükenen güç üretimi fiziksel zarara neden olur.Yüksek sıcaklıklar panellerde ciddi bir sızdırma sorununa yol açan sıvının genişlemesine neden olur . Başka bir dezavantajı pahalı rutenyum (boya), platin (katalizör) ve iletken cam ya da plastik (iletişim) bir DSSC üretmek için gerekli olmasıdır. Üçüncü büyük elektrolit solüsyonu dezavantajı insan sağlığı ve çevre için tehlikeli olduğu bilerek dikkatle kapatılmış olması gereken uçucu organik bileşik (VOC ) içeriyor olmasıdır. Bu çözücüler plastik nüfuz gerçeği ile birlikte büyük ölçekli açık uygulama ve esnek bir yapıya entegrasyonuna engel oluşturur.

Sıvı ilekatı elektrolitin değiştirilmesi araştırmalar için önemli bir alan devam olmuştur. Katılaşmış eriyik tuzlar kullanılan yeni deneyler bazı şeyler göstermiştir, ancak şu anda devam eden operasyonlar  sırasında  yüksek bozulmaları vardır ve esnek değ ildirler.

Foto katot ve tandem hücreleri 
Boya duyarlı güneş hücreleri  foto akımın boya tarafından elektron enjekte edilmesiyle sonuçlandığı (n-DC) fotodiyotu (n-DC) olarak çalışır.Foto katot  (p-DSCs)   boya uyarılmasının elektron transferinin p-tür yarı iletkenden boyaya iletilmesiyle takip edildiği n-DSC ‘ye kıyasla ters bir modda çalışır.Böyle  p-DSC ve  n-DSCs’ler tandem güneş hücreleri oluşturmak için birleştirilebilir ve  can be combined to construct tandem solar cells (pn-DSCs) and tandem DSSC’lerin verimliliği  tek kavşak DSc’lerin çok ötesindedir.
 
Standart bir tandem hücresi bir ara elektrolit tabaka ile basit bir sandviç biçiminde  n-DSC ve bir p-DSC oluşur. n-DSC ve  p-DSC   foto akımı fotovoltajları katkı olan zayıf elektrot tarafından control edileceği anlamına gelen seri şekilde bağlanır.Böylece foto akım eşleşmesi yüksek verimli pn-DSC^ler için çok önemlidir. Ancak,DSC’lerden farklı olarak, boya duyarlı delikli enjeksiyonu takiben hızlı şarj rekombinasyon genellikle p-DSC’de düşük foto akımla sonuçlanır ve dolayısı ile bu da genel cihazın etkinliğini engellemektedir.

Araştırmacılar bunların alıcısı ve vericisi olarak trifenilamin bağlanmış bir oligotiofen büyük boya hassas delikli enjeksiyonundan sonra şarj rekombinasyon oranını azaltarak p-DSC performansını artırmak gibi bir perilen diimid (PDI) ihtiva eden boyalar kullanıldığını bulmuştur.Araştırmacılar p-DSC tarafında NiO n-DSC tarafında TiO 2  bulunan bir tandem DSC oluşturmuşlardır. Fotoakım eşleşmesi  kullanılarak NiO ve TiO2  film kalınlıkları üzerinde  optiksel emilimleri control etmek ve  iki elektrotunda foto akımlarını eşitlemek amacıyla yapısal düzenlemeler yapılması başarılmıştır. Cihazın enerji dönüşüm verimliliği 1.91%,  aşan  bireysel bileşenlerin etkinliği vardır  ancak yine de yüksek performanslı n-DSC cihazlarından (% 6% 11) çok daha düşüktür. Tandem DSC kendisi ilkel olduğu için sonuçlar hala yine umut vericidir. P-DSC'de performansındaki büyük gelişme daha büyük n-DSC verimliliğine sahip tandem cihazlarına yol açabilir.

Gelişim

(1995 dolaylarında), erken deneysel hücreleri kullanılan boyalar sadece tayfın  sonunda ve yüksek frekanslı olan UV ve maviye duyarlı olduğu görülmüştür.Yeni versiyonlar (circa 1999) verimi düşük frekansta kırmızı ve kızıl ötesi ışınlar aralığında tris karboksi-rutenyum terpiridin [Ru(4,4',4"-(COOH)3-terpy)(NCS)3] daha geniş frekans cevabına sahip olduğunu tanıtmıştır. Boya derin bir kahverengi-siyah rengine sahip ve geniş spektral tepkisi sonucu "siyah boya" gibi basit bir adla adlandırılır.

Bir güneş pili verimliliği ömüründe önemli bir azalma olmadan, en az yirmi yıl boyunca elektrik üretme kapasitesine sahip olmalıdır. "Siyah boya" İsviçrede güneşe on yıllık maruz kalma süresine eşdeğer olan 50 milyon devire maruz bırakılmıştır. Hiçbir fark edilebilir performans azalması gözlemlenmedi. Ancak boya,yüksek ışıklı ortamlarda arızalara sahipti. Son on yılda geniş kapsamlı bir araştırma programı bu endişeleri gidermek için yapılmıştır.Yeni boyalar çok parlak ve kararlı sıcaklığa sahip olan 1-etil-3 methylimidazolium tetracyanoborate[EMIB(CN)4] ,yüksek dönüşüm verimliliği olan [Cu(In,GA)Se2]  ve değişen özel amaçlı  özellikler içerir.
 
DSSC’ler hala gelişim döngülerinin başındadırlar. Verimlilik artışı mümkündür ve son zamanlarda daha yaygın çalışma başladı.Bunlar katı hal elektrotlarını daha iyi eşleşme için kullanılmış elektrot kullanarak yapılan kuantum noktalarının yüksek enerjili ışını çoklu elektrona dönüşümü aşamasını içerir.

Yeni  Gelişmeler

2003
Teknoloji İsviçre Federal Enstitüsü araştırmacılarından  bir grup yarı-katı-hal jel elektrolit ile birlikte amfibilik rutenyum duyarlandırıcı kullanarak DCS termostabiliteyi arttırdığını bildirdi. Cihazın stabilitesi klasik bir anorganik silikon bazlı güneş hücresininkiyle eşleşir. 80 °C de 1000 saat boyunca hücre sürekli ısıtılır. 
Grup daha once elektrolitteki suya olan boya toleransını artırmak için 4,4′-dicarboxylic acit-2,2′-bipyridine ve dnbpy is 4,4′-dinonyl-2,2′-bipyridine) olan ligand H2dcbpy içeren bir rutenyum amfibilik boya Z-907 (sis-Ru (H  dcbpy 2 ) hazırladı . Buna ek olarak, grup aynı zamanda bir fotokimyasal olarak poliviniliden florür-ko-heksaflüoropropilen (PVDF-HFP) ile katılaşan bir 3-methoxypropionitrile (MPN)-esaslı sıvı elektrolit ile bir yarı-katı hal jel elektrolit ile  kararlı bir flor polimer hazırladı.

DSSC içindeki polimer jel elektrolit ile bağlantılı olarak amfifil Z907 boyanın kullanılmasıyla % 6.1 arasında bir enerji dönüşüm verimliliği sağlanır. Daha da önemlisi, cihaz, termal stres altında ve ışık ile ıslatma kararlıydı. Hücre yüksek dönüşüm veriminin başlangıç değerinin% 94’ünü muhafaza ederek  80 °C 'de 1000 saat ısıtma sürdürmüştür.Bir ultraviyole emici bir polimer film ile kaplı hücreler için 1000 saat  55 °C (100 mW cm−2)’de ısıtma için bir güneş simülatöründe hızlanma testinden sonra verim 5% azalmıştır. Bu sonuçlar da geleneksel inorganik silikon güneş hücreleri olduğu için sınırı içinde bulunmaktadır.
 
Gelişen performans  polimer  jel uygulamaları sayesinde  dolgu genelinde çözücü nüfuzunda azalmadan kaynaklanabilir.Poilmer jel elektrolit oda sıcaklığında yarı katı haldedir ve 80 °C  de gelenksel bir elektrot viskozitesiyle (viscosity: 4.34 mPa•s) karşılaştırıldığında 80 °C  de yapışkab bir sıvı (viscosity: 4.34 mPa•s)  haline gelir.Termal stres ve ışık ile her iki ıslatma altında aygıtın daha da geliştirilmiş stabilitesi  daha once DSC’lerde görülmemiştir ve güneş hücrelerinin dayanıklılık kriterlerine uygun  şekilde bu cihazların dış kulanıma açık olması için pratik ve uygun bir hale getirilmiştir. .

2006
İlk başarılı katı-hibrid boyaya duyarlı güneş hücreleri bildirildi.

Boya adsorpsiyonu için gerekli olan yüksek yüzey alanı muhafaza ederken, bu solar hücrelerde elektron transferini artırmak için, bu tür iki araştırmacı yarı iletken iletim bandı ile elektrotuna doğrudan bir yol temin etmek üzere nanotel s diziler ve tellerden ve nanoparçacık s bir kombinasyonu gibi alternatif yarı iletken morfolojileri, tasarladı. DSSCs kuantum verimini artırmak için performansının sınırlandığı kırmızı spekturum bölgesinde bir vasıta sağlayabilir.
Ağustos 2006 tarihinde, 1-etil-3 methylimidazolium tetracyanoborate güneş hücresinin kimyasal ve termal sağlamlığını kanıtlamak için, araştırmacılar 1000 saat süre ile 60 °C'de  ışık emmesinin ardından 1000 saat karanlıkta 80 °C'de ısıtma cihazları tabi  tuttular. Dark ısıtma ve hafif nemlendirici sonra, ilk fotovoltaik verim% 90 muhafaza edilmiştir  ve ilk kez bu tür mükemmel bir ısı kararlılığı gibi yüksek bir dönüşüm etkinliği sergileyen bir sıvı elektrolit için gözlenmiştir. Performansı sıcaklıkla birlikte azalan silikon hücrelerinin aksine  boyaya duyarlı güneş hücreleri çalışma ortamının sıcaklığını ortalma civardan 60 °C’ ye kadar artırdığında etkilenebilir.

Nisan 2007
Yeni zelanda’da Massey üniversitesinde  porfirin içeren birçok çeşit organik boya türüyle  deneyler yaptı.. Doğada,porfirin bitkilerde klorofilde ve hayvanlarda  hemoglabinde olan hemoproteinlerin temel yapı taşıdır. O  bu düşük  maliyetli boyaları kullanarak 5.6%  verimliliği rapor etti..

Haziran 2008
Nature Material de yayınlanan bir makalede alternatif olarak  elektrolit çözeltisi olarak rganik çözücüler kullanarak ve üçlü tuzların eriyik çözeltisini kullanarak  % 8.2  verimlilik gösterilmiştir. Verimi  11%’den az olan elektrotlar kllanılmasına rağmen takım verimliliğin geliştirilebileceğinden emindir.

2009
Georgia Tech ‘de bir grup araştırmacı yüksek verimli  boyaya duyarlı güneş hücresini  bir hücre etrafına optik fiberle kaplayarak yaptı. Araştırmacılar kaplama optic fiberleri optic fiberlerden uzaklaştırdı, yüzeyi boyunca nanotellerin, boya molekülleriyle  oluşturulan  çinko oksit  lifle çevrili bir elektrot ve metal kaplı ince filmle kalınlaştırıldı.Hücre aynı yüzey alanıyla bir zin oksit hücresinin verimliliğinin altı katı kadar fazla verimliliğe sahipti. Fotonlar fiberin içine hareket eder gibi atlarlar bu yüzden güneş hücresiyle etkileşime geçmek ve akım üretmek için daha fazla şansa sahip olurlar.Bu cihazlar ışığı yalnızca tepede toplarlar fakat gelecek fiber hücreleri ışığı bütün bir iletkenle kaplanmış fiber boyunca hapsedebilirler. Max Shtein of the University of Michigan said a sun-tracking system would not be necessary for such cells, and would work on cloudy days when light is diffuse.

2010
École Polytechnique Fédérale de Lausanne  ve Université du Québec à Montréal  üniversiteleri  iki büyük DSC problemini çözmek zorunda olduğunu iddia eder.
Elektrot için yeni moleküller üretildi ve fotovoltajda artışa neden olan saydam veya aşındırıcı olmayan jelle sonuçlandı.
Katot laboratuvarda üretilen daha verimli daha ucuz ve daha dayanıklı platinyumla değiştirildi.

2011
Haziranda Dyesol ve Tata Steel Europe’da  duyurulan dünyanın en büyük ve en geniş boyaya duyarlı  fotovoltaik modülünde  sürekli olarak  bir çelik üzerine basılmıştı.

Dyesol]] ve CSIRO Ekimde Ortak Dyesol / CSIRO Projesinin İkinci Milestone  başarıyla tamamlandığını duyurdu. 
Dyesol Direktörü Gordon Thompson, bu ortak işbirliği sırasında geliştirilen malzemeler önemli ölçüde performans ve kararlılık temel gereksinimleri olan uygulamalarında bir DSC ticarileştirilmesinde  ilerlemek için potansiyeline sahiptir "dedi.
Dyesol derece hedef moleküllerinin üretimini sağlayan kimyasında atılımlar tarafından teşvik edilmektedir. Bu, bu yeni malzemelerin acil ticari kullanım için bir yol oluşturur."

Dyesol ve Tata Steel Europe announced in November the targeted development of Grid Parity Competitive BIPV solar steel that does not require government subsidised feed in tariffs. TATA-Dyesol "Solar Steel" Roofing is currently being installed on the Sustainable Building Envelope Centre (SBEC) in Shotton, Wales.

2012
Northwestern University researchers announced DSSC’nin bir problemine çözüm olarak bir sıvı elektrot kullanılarak daha kısa ömürlü piller üretildi. Bu nanoteknoloji kullanımına ve bir katı, sıvı elektrolit dönüşümü yoluyla elde edilir. Akım verimi silikon hücrenin yaklaşık yarısıdır fakat  hücreler hafiftir ve potansiyel olarak daka düşük maliyette üretime elverişlidir.

2013
Son 5-10 yılda, DSSC yeni bir tür geliştirilmiştir - katı hal boya duyarlı güneş hücresi. Bu durumda, sıvı elektrolit birkaç katı delik iletken malzemelerden biri ile değiştirilir. Bu durumda, sıvı elektrolit birkaç katı delik iletken malzemelerden biri ile değiştirilir. 2009 yılından 2013 yılına kadar Solid State DSSC verimliliği önemli ölçüde% 4 den% 15'e yükselmiştir. Michael Graetzel’in bir melez vasıtasıyla ulaştığı% 15.0 verimlilik ile Solid State DSSC ‘inperovskit CH3NH3PbI3 boya, sonradan CH3NH3I ve PbI3 içinde ayrılmış çözümleri yatırılır  ve CH3NH3PbI3 yapımını duyurdu.

Sanatçı Daniel Schlaepfer ve Catherine Bolle tarafından tasarlanan Romande Energie ortaklığı ile Epfl yeni kongre merkezinde ilk mimari entegrasyonu Toplam yüzey x 35 cm 50 cm 1400 modülleri, 300 metrekare olacak şekildedir.

Pazara girişi
Çoğu ticari ihtiyaç karşılayıcları DSC’nin yakın gelecekte ulaşabilir olacağına söz veriyor.
Dyesol resmî olarak 7 Kasım 2008'de Avustralya'nın Queanbeyan şehrinde güneşe duyarlı boya hücresini üretim kolaylıklarını başlattı. Tata Steel (TATA-Dyesol) ve   Pilkington Glass (Dyetec-Solar) tarafından devlet ve  DSC BIPV’nib büyük ölçüde imalatı için tanıtıldı. Ayrıca duysal Merck, Umicore, CSIRO ve japonya ekonomi ve ticaret baknlığı ile iş ilişkilerine girdi ve  TIMO Korea (Dyesol-TIMO)ie Ventula’ya katıldı.
1993’ten beri DSC ürünlerinin üretiminde uzmanlaşan İsveç şirketi Solaronix, DSC modüllerinin üretim düzey tarzına ev sahipliği yapmak için öncülerini genişletti.
SolarPrint  2008 de doktor Mazhar Bari, Andre Fernon ve Roy Horgan tarafından bulundu.SolarPrint  PV teknolojilerinin üretimini içeren ilk İrlanda temelli ticari kuruluştur.Solar print’in benlikleri bugüne kadar DSSC kitle ticarileştirlmesi yasak olan çözücü bazlı elektrolit çözeltisidir.
 Güç yenlikleri 2006 da Büyük Britanya ‘da güney Galler’in Cardiff şehrinde bulundu.17 kasım 2007 de filme duyarlı boyanın ilk ticari üretimini iddia etti.
Sony şirketi güneşe duyarlı boya hücresini 10% enerji verimiyle geliştirdi ki bu da ticari kullanım için gerekli görünen bir seviyedir.
Tasnee Enters Strategic Investment Agreement with Dyesol.

Kaynakça

Dış bağlantılar 

Brian O'Regan's account of the invention of the modern DSSC
Dye Solar Cells for Real , the assembly guide for making your own solar cells
Breakthrough in low-cost efficient solar cells 
DSSC Manual (National Science Foundation)
How to Build Your Own Solar Cell , A Nanocrystalline Dye-Sensitized Solar Cell (DIY)
Global picture for dye-sensitized solar cells.

Solar Cells for Cheap  – 2006 interview with the inventor Michael Grätzel at TechnologyReview
Taking nature’s cue for cheaper solar power  Wayne Campbell's research on using Porphyrin for highly efficient cells

What on earth is a Grätzel solar cell, and why is it so important?  Interview with Dr Wayne Campbell broadcast 21 April 2007

 
Yenilenebilir enerji ekonomisi
Morötesi radyasyon
İsviçreli icatları