这样的事实：在 ZnP的Q带吸收开始处发生从光激发的TTBPP的发射，从而提供对FRET的优异的光谱匹配。
[0076] 图10是使用ZnP与三碘化物电解质和含有ZnP的在三碘化物电解质中的6mM溶解 的TTBPP制造的DSC的300-800nm的IPCE光谱的图表。对于两个DSC来说，将ZnP与DCA 从相同的溶液中以I: 1摩尔比共吸附至TiO2上。[y轴：以百分数（％)表示的IPCE;x 轴：以纳米（nm)表示的波长]。如之前提到的，为了有效地进行FRET，必须将能量供体材料 安置为与附着至1102表面的增感剂紧密靠近。为了概念证明，采用常规三碘化物（171 3_) 电解质系DSC平台。首先，以I: 1摩尔比将ZnP和DCA的混合物共吸附至1102纳米粒子 电极上。单独地，将TTBPP以6mM浓度溶解于三碘化物电解质中。由ZnP敏化TiO2电极制 造两种DSC原型。基于FRET的DSC的在500nm至650nm区域中的光伏增强是在装置内进 行的建设性能量转移过程的明显指标。
[0077] 图11是使用ZnP与含有6mM溶解的TTBPP的三碘化物电解质制造的DSC的光伏特 性的图表。对于DSC来说，将ZnP与DCA从相同的溶液中以I : 1摩尔比共吸附至TiO2上。 Jsc-V。。曲线对应于相同的基于FRET的DSC，其IPCE光谱在图10中给出：[y轴：以mA/cm2表 示的短路电流密度CU;x轴：以伏特（V)表示的开路电压（V。。)]。总体上，使用ZnP作为增 感剂和TTBPP作为能量供体的基于FRET的DSC显示出，短路电流密度（Jse) = 14. 4mA/cm2， 开路电压（V。。）= 0. 627V，填充因数（FF) = 65. 6,以及与由ZnP敏化1102在不具有溶解于 电解质中的TTBPP的情况下制造的对照DSC的n=4. 67%相比的效率（n) =5.92%。尽 管该图中所示的光伏特性代表了使用在本文中所描述的技术实现的基于FRET的DSC原型， 优秀的基于 FRET 的 DSC 得到n= 7. 54% (Jsc= 18. 7mA/cm2、V。。= 0? 590V、FF = 68. 1)。
[0078] 图12是说明一种用于制造能量供体增强的染料敏化太阳能电池的方法的流程 图。尽管为了清楚而将该方法描绘为编号的步骤的工序，编号并非必须表示步骤的顺序。应 该理解的是，这些步骤中的一些可以略过，平行进行，或者在不需要维持严格的工序顺序的 情况下进行。然而，总体而言，该方法遵循所描绘的步骤的数字顺序。该方法在步骤1200 开始。
[0079] 步骤1202提供透明基板。步骤1204形成在所述透明基板上的透明导电氧化物 (TCO)膜。步骤1206形成在所述TCO上的n型半导体层。n型半导体层可以是钛的金属氧 化物（TiO2)、铝的金属氧化物（Al2O3)、锡的金属氧化物（SnO2)、镁的金属氧化物（MgO)、钨的 金属氧化物（WO3)、铌的金属氧化物（Nb2O5),或包含多于一种金属的混合金属氧化物。n型 半导体层可以采取纳米粒子、纳米管、纳米棒、纳米线的形式，或上述形态的组合。
[0080] 在一个方面中，步骤1205形成在TCO膜和敏化n型半导体层之间插入的阻挡层。 步骤1208将n型半导体层暴露于溶解的染料（Dl)，所述染料（Dl)具有在第一波长（Al) 下的第一吸光度局部最大值和在比第一波长长的第二波长（A2)下的第二吸光度局部最大 值。在一个方面中，溶解的染料（Dl)是卟啉材料。更具体地，扑啉材料可以是通过与过渡 金属配位得到的金属卟啉。例如，金属卟啉可以是锌卟啉（ZnP)。
[0081] 步骤1210用染料（Dl)将n型半导体层功能化，形成敏化n型半导体层。步骤1212 加入与敏化n型半导体层接触的包含溶解的能量供体材料（EDl)的氧化还原电解质。氧化 还原电解质可以是液体、固体、半固体、离子液体的形式，或上述形式的组合。能量供体材料 (EDI)能够进行向染料（Dl)的非辐射能量转移。能量供体（EDI)具有在介于第一波长（Al) 和第二波长（A2)之间的第三波长（A3)下的第三吸光度局部最大值，以及在第三波长（A3) 和第二波长（A2)之间的第一光发射局部最大值。能量供体材料（EDl)可以是茈-单酰亚胺 材料或化学改性的花_单酰亚胺材料。例如，花-单酰亚胺材料可以是1，6,9_二-(4-叔 丁基苯氧基）-N-(2,6-二异丙基苯基）茈_3,4_二甲酰亚胺（TTBPP)。步骤1214形成在氧 化还原电解质上的对电极。
[0082]图13是说明一种使用能量供体增强的染料敏化太阳能电池产生光电流的方法的 流程图。该方法在步骤1300开始。
[0083] 步骤1302提供DSC，其具有在透明基板上的TCO膜、用染料（Dl)敏化的在TCO上 的n型半导体层、与敏化n型半导体层接触的包含溶解的能量供体材料（EDl)的氧化还原 电解质，以及在氧化还原电解质上的对电极。任选地，DSC包括如上所述的阻挡层。步骤 1304用光照射DSC。例如，光可以对应于紫外线（UV)、可见光、NIR、和IR光谱。步骤1306 利用以下子步骤将电子从染料（Dl)注入至n型半导体中。步骤1306a响应吸收入射光子的 所述染料（Dl)，将电子直接注入。步骤1306b响应从所述能量供体材料（EDl)向染料（Dl) 的能量转移，将电子间接注入。步骤1308响应从染料（Dl)注入至n型半导体中的电子而 产生光电流。
[0084] 在一个方面中，步骤1302的染料（Dl)具有在第一波长（Al)下的第一吸光度局部 最大值和在比第一波长长的第二波长（A2)下的第二吸光度局部最大值。步骤1302的能量 供体材料（EDl)具有在介于第一波长（Al)和第二波长（A2)之间的第三波长（A3)下的第 三吸光度局部最大值，以及在第三波长（A3)和第二波长（A2)之间的第一光发射局部最大 值。
[0085] 在另一个方面中，响应注入至n型半导体中的电子而产生光电流（步骤1308)包 括以下子步骤。在步骤1308a中，在不存在能量供体（EDl)的情况下，DSC具有在第一波长 (Al)下的第一入射光子到电流转换效率（IPCE)、在第二波长（A2)下的第二IPCE、和在第三 波长（A3)下的第三IPCE。在步骤1308b中，含有能量供体材料（EDl)的DSC具有在第三波 长（A3)下的大于第三IPCE的第四IPCE。
[0086] 已经提供了用电解质中的能量供体材料增强的DSC。已经提供了具体的染料和能 量供体材料的实例作为说明本发明的实例。然而，本发明不仅限于这些实例。对本领域技 术人员来说，将会想到本发明的其他变化和实施方案。
[0087](其他描述1-1)
[0088] 在一些实施方案中，例如，已经通过基本的基于溶液的"猝灭"实验和DSC原型性 能的明显改进二者证实了从电解质中含有的光激发的能量供体向锌卟啉（ZnP)增感剂的 快速和有效的能量转移。在DSC的情况下，能量供体材料可以溶解于电解质中以便避免沿 着TiO2表面与ZnP竞争性结合。使用这种方法，可以将整体效率从对照DSC的4. 2%增加 至能量供体装置的> 7. 5%。这些结果证实，可以有利地采用FRET以补偿在特定波长范围 内的增感剂吸收的不足，从而提供用于提高DSC中的光收获能力的方便的方法。
[0089] 在一个方面中，染料（Dl)是金属卟啉，如ZnP，并且能量供体材料（EDl)包括 茈-单酰亚胺材料或化学改性的茈-单酰亚胺材料。
[0090] (其他描述1-2)
[0091] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中将n型半导体材料暴露于染料（Dl) 包括溶解的染料（Dl)是卟啉材料。
[0092] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中卟啉材料是通过与过渡金属配位 得到的金属卟啉。
[0093] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中金属卟啉是锌卟啉（ZnP)。
[0094] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中加入具有溶解的能量供体材料 (EDl)的氧化还原电解质包括能量供体材料（EDl)是选自由下列各项组成的组的材料： 茈-单酰亚胺材料和化学改性的茈-单酰亚胺材料。
[0095] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中茈-单酰亚胺材料是1，6， 9-三-(4-叔丁基苯氧基）-N-(2,6-二异丙基苯基）茈-3,4-二甲酰亚胺（TTBPP)。
[0096] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法还包括：
[0097] 形成在TCO膜和敏化n型半导体层之间插入的阻挡层。
[0098] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中加入具有溶解的能量供体材料 (EDl)的氧化还原电解质包括氧化还原电解质是选自由下列各项组成的组的形式：液体、 固体、半固体、离子液体，以及上述形式的组合。
[0099] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中形成在TCO上的n型半导体层包括 n型半导体层选自由下列各项组成的组：钛的金属氧化物（TiO2)、铝的金属氧化物（Al2O3)、 锡的金属氧化物（SnO2)、镁的金属氧化物（MgO)、钨的金属氧化物（WO3)、铌的金属氧化物 (Nb2O5)，以及包含多于一种金属的混合金属氧化物。
[0100] 在一些实施方案中，用于制造DSC的方法，其中形成在TCO上的n型半导体层包括 n型半导体层具有选自由下列各项组成的组的形式：纳米粒子、纳米管、纳米棒、纳米线，以 及上述形态的组合。
[0101] 在一些实施方案中，使用DSC产生光电流的方法，其中提供DSC包括染料（Dl)具 有在第一波长（Al)下的第一吸光度局部最大值和在比第一波长长的第二波长（A2)下的第 二吸光度局部最大值，并且包括能量供体材料（EDl)具有在介于第一波长（Al)和第二波长 (A2)之间的第三波长（A3)下的第三吸光度局部最大值，以及在第三波长（A3)和第二波长 (A2)之间的第一光发射局部最大值。
[0102] 在一些实施方案中，使用DSC产生光电流的方法，其中响应注入至n型半导体中的 电子而产生光电流包括：
[0103] 所述DSC具有在所述第一波长（Al)下的第一入射光子到电流转换效率（IPCE)、在 所述第二波长（A2)下的第二IPCE、和在所述第三波长（A3)下的第三IPCE;并且，
[0104] 含有所述能量供体材料（EDl)的所述DSC具有在所述第三波长（A3)下的大于所 述第三IPCE的第四IPCE。
[0105] (实施方案2)
[0106] 图14是共敏化的染料敏化太阳能电池（DSC)的部分横截面图。DSC2100包括透 明基板2102,如玻璃，以及在透明基板2102上的透明导电氧化物（TCO)膜2104。TCO材料 的一些实例包括氟掺杂的氧化锡（FTO)和氧化铟锡（ITO)。n型半导体层2106覆盖在TCO 膜2104上。n型半导体层2106利用如由附图标记2108表示的第一染料（Dl)和第二染料 (D2)共敏化。也就是说，两种染料可以在照射后独立地将电子注入至n型半导体中。n型半 导体层2106材料的一些实例包括钛的金属氧化物（TiO2)、铝的金属氧化物（Al2O3)、锡的金 属氧化物（SnO2)、镁的金属氧化物（MgO)、钨的金属氧化物（WO3)、铌的金属氧化物（Nb2O5), 以及包含多于一种金属的混合金属氧化物。共敏化n型半导体层2106可以采取纳米粒子、 纳米管、纳米棒、纳米线的形式，和上述形态的组合。其他类型的n型半导体材料和形式在 将适用于DSC2100的领域内是已知的。在一个方面中，第一染料（Dl)和第二染料（D2)对 n型半导体层2106功能化。如由本领域技术人员所充分理解的，n型半导体的功能化意味 着通过化学键合、配位、和/或其他方式在染料和n型半导体表面之间建立紧密结合，通过 其促进了在染料的光激发之后的从染料向n型半导体的电子注入。
[0107] 氧化还原电解质2110与共敏化n型半导体层2106接触。对电极2112,如铂，覆 盖在氧化还原电解质2110上。氧化还原电解质2110可以是液体、固体、半固体、离子液体 的形式，或上述形式的组合。氧化还原电解质的一些实例包括三碘化物（171 3_)、钴（Co2+/ Co3+)、二茂铁（Fc/Fc+)、p型有机半导体分子和聚合物、以及钙钛矿材料。
[0108] 图15是与图14的DSC相关的概念性的吸光度值对波长的图表。吸光度的单位 (au)相对于1的理想值归一化。第一染料（Dl)具有在第一波长（Al)下的第一吸光度局 部最大值和在比第一波长长的第二波长（A2)下的第二吸光度局部最大值。第二染料（D2) 具有在介于第一波长（Al)和第二波长（A2)之间的第三波长（A3)下的第三吸光度局部最 大值。在如示出的一个方面中，在A3下的局部最大值是其中与D2相关的吸光度超过与Dl 相关的吸光度的点或波长范围。
[0109] 在一个方面中，图15是溶解于溶液中的单个染料Dl和D2的吸光度响应的测量。 在另一个方面中，该图表是仅用染料Dl敏化的DSC装置与仅用染料D2敏化的DSC装置的 比较。如在本文中所使用的，术语"局部最大值"是指与较高吸光度相关的波长，而并非必 须是最大吸光度的波长。
[0110] 为了进一步对比，该图表描绘了第一染料Dl与第二染料D2的组合的吸光度的测 量。同样地，该图表可以被理解为含有Dl和D2的染料组合的溶液的测量，或者用Dl和D2 共敏化的DSC装置。无论是哪种方式，第一染料（Dl)和第二染料（D2)的组合具有在对应 于Al的第四波长（A4)下的第四吸光度局部最大值。尽管Al和A4不是完全对齐的，从检 查中显而易见的是，在A4下的局部最大值来源于对应于第一染料Dl的在Al下的局部最大 值。同样地，在第五波长（A5)下的第五吸光度局部最大值对应于A2,并且第六吸光度局部 最大值（A6)存在于A4和A5之间，大于第三吸光度局部最大值（A3)。与Al和A2之间的 波长范围相比，在介于A4和A5之间的波长内的吸光度的增加对应于第二染料D2。如示出 的，A3和A6不是完全对齐的。然而，从检查中显而易见的是，在A6下的局部最大值来源于 对应于第二染料D2的在A3下的局部最大值。尽管在该实例中在A6下的吸光度小于在A4 和A5下的吸光度，应理解的是，在其他方面（未示出）中，在A6下的吸光度可以比在A4和 /或A5下的大。
[0111] 在一个方面中，第一染料（Dl)包含卟啉材料。例如，扑啉材料可以是通过与过渡 金属配位得到的金属卟啉。一种可用的金属卟啉是锌卟啉（ZnP)。在另一个方面中，第二染 料（D2)包含钌配合物。例如，钌配合物可以是钌多吡啶配合物。钌多吡啶配合物的具体实 例包括黑染料（N749染料）、N3染料、N719染料、Z907染料、和C106染料。
[0112] 图16是描绘图14的DSC的变体的部分横截面图。在这个方面中，在TCO膜2104 和共敏化n型半导体层2106之间插入阻挡层300。通常，阻挡层包含作为薄层涂覆的金属 氧化物如TiO2，或混合金属氧化物的导电膜。
[0113] 通常，P卜啉和金属P卜啉在对应于Soret带的波长区域内展现出强但窄的吸光度， 以及对于较低能量的Q带较弱的吸光度。相比之下，钌多吡啶配合物通常显示出宽的吸收 特征（对于黑染料来说~800nm)，但是相对于有机增感剂通常具有明显较低的摩尔吸光系 数（e)。此外，通常应认识到，使用卟啉、黑染料、和许多其他物质由1102敏化的基板制造 的DSC受益于与光学非活性材料的共吸附，以降低这些增感剂在染料溶液中和在沿着TiO2 表面吸附后聚集的倾向。事实上，广泛已知的是，归因于电子注入TiO2期间促进光激发态 的有效湮灭的不利相互作用，被TiO2吸附的增感剂的聚集体形成导致光伏性能的降低。任 选地，增感剂与各种共吸附剂的共吸附可以策略性地用于提供更好的TiO2表面覆盖率，由 此光学非活性部分有效地将TiO2中的电子与电解质屏蔽以抑制重组。相比于与光学非活 性部分共吸附，已经努力使锌卟啉（ZnP)与黑染料（BD) -起同时共吸附至1102上，以避免 聚集体形成，并且更重要地，同时完成解释为DSC的增强光伏性能的协同共敏化行为。
[0114]实验：
[0115]TiO2基板：为了使光吸收数据与DSC原型性能相关，采用在氟掺杂的氧化锡（FTO) 上的透明TiO2纳米粒子膜。
[0116] 染料吸附：对于对照DSC，在室温下将1102基板浸渍（单独）在含有脱氧胆酸 (DCA、0. 2mM)的锌卟啉（ZnP、0. 2mM)或含有DCA(0. 2mM)的黑染料（BD、0. 2mM)的乙