een moderne N-type DSSC, het meest voorkomende type DSSC, bestaat uit een poreuze laag titaniumdioxide nanodeeltjes, bedekt met een moleculaire kleurstof die zonlicht absorbeert, zoals het chlorofyl in groene bladeren. Het titaandioxide wordt ondergedompeld in een elektrolytenoplossing, waarboven een katalysator op basis van platina zit. Net als bij een conventionele alkalinebatterij worden een anode (het titaandioxide) en een kathode (het platina) aan weerszijden van een vloeistofgeleider (de elektrolyt) geplaatst.
het werkingsprincipe voor N-Type DSSCs kan worden samengevat in een paar basisstappen. Zonlicht gaat door de transparante elektrode in de kleurstoflaag waar het elektronen kan opwekken die dan in de geleidingsband van de N-type halfgeleider, typisch titaniumdioxide stromen. De elektronen van titaniumdioxide stromen dan naar de transparante elektrode waar ze worden verzameld voor het voeden van een lading. Na het stromen door het externe circuit, worden ze opnieuw geïntroduceerd in de cel op een metalen elektrode aan de achterkant, ook bekend als de teller elektrode, en stromen in de elektrolyt. De elektrolyt transporteert vervolgens de elektronen terug naar de kleurstofmoleculen en regenereert de geoxideerde kleurstof.
het basiswerkingsprincipe hierboven is vergelijkbaar in een P-type DSSC, waarbij de halfgeleider met kleurstofsensibilisatie van het p-type is (typisch nikkeloxide). Echter, in plaats van het injecteren van een elektron in de halfgeleider, in een p-type DSSC, een gat stroomt van de kleurstof in de valentieband van de P-type halfgeleider.
Kleurstofgevoelige zonnecellen scheiden de twee functies van silicium in een traditioneel celontwerp. Normaal fungeert het silicium als zowel de bron van foto-elektronen, evenals het verstrekken van het elektrische veld om de ladingen te scheiden en een stroom te creëren. In de kleurstofsensibiliseerde zonnecel wordt het grootste deel van de halfgeleider uitsluitend gebruikt voor ladingstransport, de foto-elektronen worden geleverd door een afzonderlijke lichtgevoelige kleurstof. Ladingsscheiding vindt plaats op de oppervlakken tussen de kleurstof, halfgeleider en elektrolyt.
De kleurstofmoleculen zijn vrij klein( nanometer formaat), dus om een redelijke hoeveelheid van het binnenkomende licht te vangen moet de laag kleurstofmoleculen vrij dik worden gemaakt, veel dikker dan de moleculen zelf. Om dit probleem aan te pakken, wordt een nanomateriaal gebruikt als steiger om grote aantallen van de kleurstofmolecules in een 3-D-matrijs te houden, die het aantal molecules voor om het even welk gegeven oppervlakte van cel verhogen. In bestaande ontwerpen wordt deze steiger geleverd door het halfgeleidermateriaal, dat dubbele belasting dient.
teller elektrode MaterialsEdit
een van de belangrijkste componenten van DSSC is de teller elektrode. Zoals eerder vermeld, is de teller elektrode verantwoordelijk voor het verzamelen van elektronen uit het externe circuit en het introduceren van hen terug in de elektrolyt om de reductiereactie van de redox shuttle, in het algemeen i3 – naar I-te katalyseren. Zo is het belangrijk dat de tegenelektrode niet alleen een hoge elektronengeleiding en diffusief vermogen heeft, maar ook elektrochemische stabiliteit, hoge katalytische activiteit en geschikte bandstructuur. Het meest gebruikte teller elektrode materiaal is platina in DSSCs, maar is niet duurzaam vanwege de hoge kosten en schaarse middelen. Zo is veel onderzoek gericht op het ontdekken van nieuwe hybride en gedoteerde materialen die platina kunnen vervangen door vergelijkbare of superieure elektrokatalytische prestaties. Een dergelijke categorie die wijd wordt bestudeerd omvat chalcogen verbindingen van kobalt, nikkel, en ijzer (CCNI), in het bijzonder de effecten van morfologie, stoichiometrie, en synergie op de resulterende prestaties. Er is vastgesteld dat naast de elementaire samenstelling van het materiaal, deze drie parameters grote invloed op de resulterende teller elektrode-efficiëntie. Natuurlijk, zijn er een verscheidenheid van andere materialen die momenteel worden onderzocht, zoals hoogst mesoporous koolstof, tin-gebaseerde materialen, gouden nanostructuren, evenals lood-gebaseerde nanocrystals. Echter, de volgende sectie compileert een verscheidenheid van lopende onderzoeksinspanningen specifiek met betrekking tot CCNI naar het optimaliseren van de DSSC teller elektrode prestaties.
Morfologieedit
zelfs bij dezelfde samenstelling speelt de morfologie van de nanodeeltjes waaruit de contraelektrode bestaat een dergelijke integrale rol bij het bepalen van de efficiëntie van de totale fotovoltaïsche energie. Omdat het elektrokatalytische potentieel van een materiaal sterk afhankelijk is van de hoeveelheid beschikbare oppervlakte om de verspreiding en vermindering van de redoxspecies te vergemakkelijken, zijn talrijke onderzoeksinspanningen gericht op het begrijpen en optimaliseren van de morfologie van nanostructuren voor DSSC-tegenelektroden.
in 2017, Huang et al. gebruikte diverse oppervlakteactieve stoffen in een micro-emulsie-bijgestane hydrothermale synthese van cose2 / coseo3 samengestelde kristallen om nanocubes, nanorods, en nanoparticles te produceren. Vergelijking van deze drie morfologieën onthulde dat de hybride samengestelde nanoparticles, toe te schrijven aan het hebben van de grootste elektroactieve oppervlakte, de hoogste efficiency van de machtsomzetting van 9,27%, zelfs hoger dan zijn platina tegenhanger had. Niet alleen dat, toonde de nanoparticlemorfologie de hoogste piekstroomdichtheid en de kleinste potentiële kloof tussen de anodische en kathodische piekpotentialen, waarbij de beste elektrokatalytische capaciteit wordt impliciet.
met een soortgelijk onderzoek maar een ander systeem, Du et al. in 2017 bepaald dat de ternaire oxide van NiCo2O4 had de grootste energieconversie efficiëntie en elektrokatalytische vermogen als nanoflowers in vergelijking met nanorods of nanosheets. Du et al. realiseerde zich dat het verkennen van diverse groeimechanismen die helpen om de grotere actieve oppervlakken van nanoflowers te exploiteren een opening kan bieden voor het uitbreiden van DSSC-toepassingen naar andere gebieden.
StoichiometryEdit
natuurlijk is de samenstelling van het materiaal dat als tegenelektrode wordt gebruikt uiterst belangrijk voor het creëren van een werkende fotovoltaïsche, aangezien de valentie-en geleidingsenergiebanden moeten overlappen met die van de redoxelektrolyten om een efficiënte elektronenuitwisseling mogelijk te maken.
in 2018, Jin et al. bereid ternaire nikkel kobalt selenide (NixCoySe) films op verschillende stoichiometrische verhoudingen van nikkel en kobalt om de impact ervan op de resulterende cel prestaties te begrijpen. Nikkel en kobalt bimetallic legeringen waren gekend om uitstekende elektrongeleiding en stabiliteit te hebben, zodat het optimaliseren van zijn stoichiometrie idealiter een efficiëntere en stabiele celprestaties zou produceren dan zijn afzonderlijk metaal tegenhangers. Dat is het resultaat dat Jin et al. gevonden, Als ni0.12Co0.80Se bereikte superieure vermogen conversie efficiëntie (8,61%), lagere Last overdracht impedantie, en hogere elektrokatalytische vermogen dan zowel zijn platina en binaire selenide tegenhangers.
SynergyEdit
een laatste gebied dat actief is bestudeerd is de synergie van verschillende materialen ter bevordering van superieure elektroactieve prestaties. Of het nu gaat om verschillende ladingstransportmaterialen, elektrochemische soorten of morfologieën, het benutten van de synergetische relatie tussen verschillende materialen heeft de weg geëffend voor nog nieuwere contraelektrodematerialen.
in 2016, Lu et al. de gemengde microdeeltjes van het nikkelkobaltsulfide met verminderde grafeenoxide (RGO) nanoflakes om de tegenelektrode tot stand te brengen. Lu et al. ontdekte niet alleen dat de rGO werkte als een co-katalysator in het versnellen van de triiodide reductie, maar ook dat de microdeeltjes en rGO hadden een synergetische interactie die de lading overdracht weerstand van het totale systeem verminderde. Hoewel de efficiëntie van dit systeem iets lager was dan zijn platina analoog (efficiëntie van NCS/rGO-systeem: 8,96%; efficiëntie van Pt-systeem: 9,11%), bood het een platform waarop verder onderzoek kan worden uitgevoerd.
ConstructionEdit
bij het originele Grätzel-en O ‘ Regan-ontwerp heeft de cel 3 primaire delen. Op de top is een transparante anode gemaakt van fluoride-gedoteerd tindioxide (SnO2:F) afgezet op de achterkant van een (typisch glas) plaat. Op de achterkant van deze geleidende plaat bevindt zich een dunne laag titaniumdioxide (TiO2), die zich vormt tot een zeer poreuze structuur met een extreem hoog oppervlak. De (TiO2) is chemisch gebonden door een proces genaamd sinteren. TiO2 absorbeert slechts een klein deel van de zonnefotonen (die in de UV). De plaat wordt dan ondergedompeld in een mengsel van een lichtgevoelige ruthenium-polypyridyl kleurstof (ook moleculaire sensibilisatoren genoemd) en een oplosmiddel. Na het weken van de film in de kleurstofoplossing wordt een dunne laag van de kleurstof covalent gebonden aan het oppervlak van de TiO2. De binding is ofwel een ester, chelaatvormende, of bidentaat overbruggende verbinding.
een afzonderlijke plaat wordt gemaakt met een dunne laag van de jodide-elektrolyt verspreid over een geleidende plaat, typisch platinametaal. De twee platen worden vervolgens samengevoegd en aan elkaar verzegeld om te voorkomen dat de elektrolyt lekt. De constructie is eenvoudig genoeg dat er hobby kits beschikbaar zijn om ze met de hand te construeren. Hoewel ze een aantal “geavanceerde” materialen gebruiken, zijn deze goedkoop in vergelijking met het silicium dat nodig is voor normale cellen, omdat ze geen dure productiestappen vereisen. TiO2 wordt bijvoorbeeld al veel gebruikt als verfbasis.
een van de efficiënte dsscs-apparaten gebruikt moleculaire kleurstof op basis van ruthenium, bijvoorbeeld (N3), die via carboxylaatdelen aan een fotoanode wordt gebonden. De photoanode bestaat uit 12 µm dikke film van transparante 10-20 nm diameter TiO2 nanoparticles bedekt met een 4 µm dikke film van veel grotere deeltjes (400 nm diameter) die fotonen terug in de transparante film verspreiden. De opgewekte kleurstof injecteert snel een elektron in de TiO2 na lichtabsorptie. Het geïnjecteerde elektron diffundert door het gesinterde deeltjesnetwerk dat moet worden verzameld aan de front side transparent conducting oxide (TCO) elektrode, terwijl de kleurstof wordt geregenereerd via reductie door een redox shuttle, i3−/I−, opgelost in een oplossing. Diffusie van de geoxideerde vorm van de shuttle naar de teller elektrode completeert het circuit.
mechanisme van DSSCsEdit
de volgende stappen converteren in een conventionele N-type DSSC-fotonen (licht) naar stroom:
- het invallende foton wordt geabsorbeerd door de fotosensitizer (bijv. Ru complex) geadsorbeerd aan het TiO2 oppervlak.
- de fotosensitizers worden opgewekt van de grondtoestand (S) tot de opgewekte toestand (s*). De opgewekte elektronen worden geïnjecteerd in de geleidingsband van de TiO2-elektrode. Dit resulteert in de oxidatie van de fotosensitizer (S+).
S + hν → S∗(1)
S ⋅ → TiO 2 S + + e − {\displaystyle {\ce {S^{.}->{S+}+e-}}}(2)
- de geïnjecteerde elektronen in de geleidingsband van TiO2 worden getransporteerd tussen TiO2 nanodeeltjes met diffusie naar het achtercontact (TCO). En de elektronen bereiken uiteindelijk de tegenelektrode door het circuit.
- de geoxideerde fotosensitizer (S+) accepteert elektronen van de redox mediator, meestal I− ion redox mediator, wat leidt tot regeneratie van de grondtoestand (S), en twee i− ionen worden geoxideerd tot elementair jodium dat reageert met I−op de geoxideerde toestand, I3 -.
S+ + e− → S(3)
- − ionen.
I3− + 2 e− → 3 I−(4)
De efficiëntie van een DSSC hangt af van vier van de energie niveaus van het onderdeel: de aangeslagen toestand (ongeveer LUMO) en de grond staat (HOMO) van de fotosensibilisator, het Fermi-niveau van de TiO2-elektrode en de redoxpotentiaal van de mediator (I−/I3−) in de elektrolyt.
Nanoplant-achtige morfologieedit
in DSSC bestonden elektroden uit gesinterde halfgeleider nanodeeltjes, voornamelijk TiO2 of ZnO. Deze nanoparticle DSSCs baseren zich op val-beperkte verspreiding door de halfgeleider nanoparticles voor het elektronentransport. Dit beperkt de efficiëntie van het apparaat omdat het een traag transportmechanisme is. Recombinatie is waarschijnlijker bij langere golflengten van straling. Bovendien vereist het sinteren van nanoparticles een hoge temperatuur van ongeveer 450 °C, die de vervaardiging van deze cellen aan robuuste, stijve stevige substraten beperkt. Men heeft bewezen dat er een verhoging van de efficiency van DSSC is, als de gesinterde nanoparticleelektrode door een speciaal ontworpen elektrode wordt vervangen die een exotische ‘nanoplant-als’ morfologie bezit.
OperationEdit
bij een conventionele N-type DSSC komt zonlicht de cel binnen via het transparante SnO2:F-contact, waarbij de kleurstof op het oppervlak van de TiO2 wordt geraakt. Fotonen die de kleurstof raken met voldoende energie om te worden geabsorbeerd, creëren een opgewekte toestand van de kleurstof, waaruit een elektron direct in de geleidingsband van de TiO2 kan worden “geïnjecteerd”. Van daaruit beweegt het door diffusie (als gevolg van een elektronenconcentratie gradiënt) naar de heldere anode bovenaan.
ondertussen heeft het kleurstofmolecuul een elektron verloren en zal het molecuul ontbinden als er geen ander elektron wordt geleverd. De kleurstof verwijdert er een van jodide in elektrolyt onder de TiO2, en oxideert het tot triiodide. Deze reactie komt vrij snel voor in vergelijking met de tijd die het voor het ingespoten elektron vergt om met de geoxideerde kleurstofmolecule te recombineren, die deze recombinatiereactie verhinderen die effectief de zonnecel zou kortsluiten.
De trijodide herstelt vervolgens zijn ontbrekende elektron door mechanisch te diffunderen naar de bodem van de cel, waar de teller elektrode de elektronen opnieuw introduceert na het stromen door het externe circuit.
EfficiencyEdit
verschillende belangrijke maatregelen worden gebruikt om zonnecellen te karakteriseren. De meest voor de hand liggende is de totale hoeveelheid elektriciteit geproduceerd voor een bepaalde hoeveelheid zonne-energie schijnt op de cel. Uitgedrukt als een percentage, is dit bekend als de zonne-omzettingsefficiëntie. Elektrisch vermogen is het product van stroom en spanning, dus de maximale waarden voor deze metingen zijn ook belangrijk, respectievelijk JSC en Voc. Ten slotte, om de onderliggende fysica te begrijpen, wordt de “kwantumefficiëntie” gebruikt om de kans te vergelijken dat één foton (van een bepaalde energie) één elektron zal creëren.
in termen van kwantumefficiëntie zijn DSSCs uiterst efficiënt. Door hun “diepte” in de nanostructuur is er een zeer grote kans dat een foton zal worden geabsorbeerd, en de kleurstoffen zijn zeer effectief in het omzetten van hen naar elektronen. De meeste kleine verliezen die in DSSC bestaan zijn toe te schrijven aan geleidingsverliezen in TiO2 en de duidelijke elektrode, of optische verliezen in de voorelektrode. De totale kwantumefficiëntie voor groen licht is ongeveer 90%, waarbij de” verloren ” 10% grotendeels wordt toegeschreven aan de optische verliezen in de bovenste elektrode. De kwantumefficiëntie van traditionele ontwerpen varieert, afhankelijk van hun dikte, maar is ongeveer hetzelfde als DSSC.
in theorie is de maximale spanning die door een dergelijke cel wordt gegenereerd gewoon het verschil tussen het (quasi-)Fermi-niveau van de TiO2 en het redoxpotentiaal van de elektrolyt, ongeveer 0,7 V onder Solar illumination conditions (Voc). Dat wil zeggen, als een verlichte DSSC is aangesloten op een voltmeter in een “open circuit”, zou het lezen over 0.7 V. in termen van spanning, dsscs bieden iets hogere Voc dan silicium, ongeveer 0.7 V in vergelijking met 0.6 V. Dit is een vrij klein verschil, zodat real-world verschillen worden gedomineerd door de huidige productie, Jsc.
hoewel de kleurstof zeer efficiënt is in het omzetten van geabsorbeerde fotonen in vrije elektronen in TiO2, produceren uiteindelijk alleen fotonen die door de kleurstof worden geabsorbeerd stroom. De snelheid van fotonabsorptie hangt af van het absorptiespectrum van de gesensibiliseerde TiO2 laag en van het zonnefluxspectrum. De overlap tussen deze twee spectra bepaalt de maximaal mogelijke fotocurrent. Typisch gebruikte kleurstofmolecules hebben over het algemeen slechtere absorptie in het rode deel van het spectrum in vergelijking met silicium, wat betekent dat minder fotonen in zonlicht voor huidige generatie bruikbaar zijn. Deze factoren beperken de stroom die door een DSSC wordt gegenereerd, ter vergelijking: een traditionele op silicium gebaseerde zonnecel biedt ongeveer 35 mA/cm2, terwijl de huidige DSSCs ongeveer 20 mA / cm2 bieden.
De totale piekvermogen omzettingsefficiëntie voor de huidige DSSCs is ongeveer 11%. Het huidige record voor prototypes ligt op 15%.
Degradatiedit
DSSCs degraderen bij blootstelling aan ultraviolette straling. In 2014 werd luchtinfiltratie van de veelgebruikte amorfe Spiro-MeOTAD hole-transportlaag geïdentificeerd als de primaire oorzaak van de degradatie, in plaats van oxidatie. De schade kan worden voorkomen door toevoeging van een geschikte barrière.
de barrièrelaag kan bestaan uit UV-stabilisatoren en/of UV-absorberende luminescente chromoforen (die bij langere golflengten uitzenden en door de kleurstof opnieuw kunnen worden geabsorbeerd) en antioxidanten ter bescherming en verbetering van de efficiëntie van de cel.
AdvantagesEdit
DSSCs zijn momenteel de meest efficiënte zonne-energietechnologie van de derde generatie (2005 Basic Research Solar Energy utilisation 16) die beschikbaar is. Andere dunnefilm-technologieën liggen doorgaans tussen 5% en 13%, en traditionele goedkope commerciële siliciumpanelen werken tussen 14% en 17%. Dit maakt DSSCs aantrekkelijk als vervanging voor bestaande technologieën in “low density”-toepassingen zoals zonnecollectoren op het dak, waar de mechanische robuustheid en het lichte gewicht van de glasloze collector een groot voordeel is. Zij kunnen niet zo aantrekkelijk voor grootschalige implementaties zijn waar de hoger-kosten hoger-efficiency cellen rendabeler zijn, maar zelfs kleine verhogingen in de DSSC-omzettingsefficiency zouden hen ook geschikt voor sommige van deze rollen kunnen maken.
Er is nog een gebied waar DSSCs bijzonder aantrekkelijk zijn. Het proces van het injecteren van een elektron direct in de TiO2 is kwalitatief verschillend van dat in een traditionele cel, waar het elektron wordt “bevorderd” binnen het oorspronkelijke kristal. In theorie zou, gezien de lage productiesnelheden, het hoog-energetische elektron in het silicium opnieuw kunnen combineren met zijn eigen gat, waardoor een foton (of andere vorm van energie) vrijkomt die niet resulteert in het opwekken van stroom. Hoewel dit geval misschien niet gebruikelijk is, is het vrij gemakkelijk voor een elektron gegenereerd door een ander atoom te combineren met een gat achtergelaten in een vorige fotoexcitatie.
ter vergelijking: het injectieproces dat in de DSSC wordt gebruikt, brengt geen gat in de TiO2, maar slechts een extra elektron. Hoewel het energetisch mogelijk is voor het elektron om terug in de kleurstof te recombineren, is de snelheid waarbij dit voorkomt vrij langzaam in vergelijking met de snelheid dat de kleurstof een elektron uit het omringende elektrolyt terugwint. De recombinatie direct van tio2 aan species in de elektrolyt is ook mogelijk hoewel, opnieuw, voor geoptimaliseerde apparaten deze reactie vrij langzaam is. Integendeel, elektronenoverdracht van de met platina beklede elektrode naar soorten in de elektrolyt is noodzakelijkerwijs zeer snel.
als gevolg van deze gunstige “differentiële kinetiek” werken DSSCs zelfs bij weinig licht. DSSCs kunnen daarom onder bewolkte hemel en niet-direct zonlicht werken, terwijl de traditionele ontwerpen een “knipsel” bij één of andere lagere grens van verlichting zouden lijden, wanneer de mobiliteit van de ladingsdrager laag is en de nieuwe combinatie een belangrijke kwestie wordt. De cut-off is zo laag dat ze zelfs worden voorgesteld voor gebruik binnenshuis, het verzamelen van energie voor kleine apparaten van de verlichting in het huis.
een praktisch voordeel dat DSSCs deelt met de meeste dunnefilmtechnologieën, is dat de mechanische robuustheid van de cel indirect leidt tot hogere efficiëntie bij hogere temperaturen. In elke halfgeleider, zal de stijgende temperatuur sommige elektronen in de geleidingsband “mechanisch” bevorderen. De kwetsbaarheid van traditionele silicium cellen vereist dat ze worden beschermd tegen de elementen, meestal door ze te omhullen in een glazen doos vergelijkbaar met een kas, met een metalen steun voor sterkte. Dergelijke systemen lijden merkbaar dalingen in efficiëntie als de cellen intern opwarmen. DSSCs worden normaal gebouwd met slechts een dunne laag geleidend plastic op de voorste laag, waardoor ze veel gemakkelijker warmte kunnen uitstralen en daarom bij lagere interne temperaturen werken.
nadeel
het grootste nadeel van het DSSC-ontwerp is het gebruik van de vloeibare elektrolyt, die problemen heeft met de temperatuurstabiliteit. Bij lage temperaturen kan de elektrolyt bevriezen, waardoor de energieproductie wordt stopgezet en mogelijk fysieke schade ontstaat. Hogere temperaturen zorgen ervoor dat de vloeistof uitzet, waardoor het afdichten van de panelen een ernstig probleem is. Een ander nadeel is dat dure ruthenium( kleurstof), Platina (katalysator) en geleidend glas of plastic (contact) nodig zijn om een DSSC te produceren. Een derde groot nadeel is dat de elektrolytenoplossing vluchtige organische verbindingen (of VOC ‘ s) bevat, oplosmiddelen die zorgvuldig moeten worden afgedicht omdat ze gevaarlijk zijn voor de menselijke gezondheid en het milieu. Dit, samen met het feit dat de oplosmiddelen kunststoffen doordringen, heeft grootschalige toepassing buitenshuis en integratie in flexibele structuur uitgesloten.
vervanging van de vloeibare elektrolyt door een vaste stof is een belangrijk lopend onderzoeksgebied geweest. Recente experimenten met gestolde gesmolten zouten hebben enige belofte laten zien, maar lijden momenteel aan een hogere degradatie tijdens continu bedrijf, en zijn niet flexibel.
Fotokathoden en tandemcelsedit
kleurstofsensibiliseerde zonnecellen werken als fotoanode (n-DSC), waarbij fotocurrent het gevolg is van elektroneninjectie door de lichtgevoelige kleurstof. Fotokathoden (p-DSCs) werken in een omgekeerde modus in vergelijking met de conventionele n-DSC, waar kleurstof-excitatie wordt gevolgd door snelle elektronenoverdracht van een P-type halfgeleider naar de kleurstof (kleurstof-gevoelig gat injectie, in plaats van elektroneninjectie). Dergelijke p-DSCs en n-DSCs kunnen worden gecombineerd om tandem zonnecellen (pn-DSCs) te construeren en de theoretische efficiency van tandem DSCs is ver voorbij die van single-junction DSCs.
een standaard tandemcel bestaat uit één n-DSC en één p-DSC in een eenvoudige sandwichconfiguratie met een tussenliggende elektrolytlaag. n-DSC en p-DSC zijn in serie verbonden, wat betekent dat de resulterende fotocurrent zal worden gecontroleerd door de zwakste foto-elektrode, terwijl fotovoltages additief zijn. Fotocurrent matching is dus zeer belangrijk voor de bouw van zeer efficiënte tandem PN-DSCs. Nochtans, in tegenstelling tot n-DSCs, resulteerde de snelle lastencombinatie na kleurstof-sensibiliseerde gateninjectie gewoonlijk in lage fotocurrents in p-DSC en belemmerde zo de efficiency van het algemene apparaat.
onderzoekers hebben vastgesteld dat het gebruik van kleurstoffen bestaande uit een peryleenimide (PMI) als acceptor en een oligothiofeen in combinatie met trifenylamine als donor de prestaties van p-DSC aanzienlijk verbeteren door het tarief van de lastencombinatie na injectie met een kleurstofsensibiliserend gat te verminderen. De onderzoekers bouwden een tandem DSC apparaat met NiO aan de p-DSC kant en TiO2 aan de n-DSC kant. Fotocurrent matching werd bereikt door aanpassing van NIO-en TiO2-filmdiktes om de optische absorpties te regelen en dus de fotocurrents van beide elektroden te matchen. De energieomzettingsefficiëntie van het apparaat is 1,91%, wat de efficiëntie van de afzonderlijke componenten overtreft, maar nog steeds veel lager is dan die van hoogwaardige n-DSC-apparaten (6% -11%). De resultaten zijn nog steeds veelbelovend aangezien de tandem DSC op zich rudimentair was. De dramatische verbetering van prestaties in p-DSC kan uiteindelijk leiden tot tandemapparaten met veel grotere efficiëntie dan eenzame n-DSCs.
zoals eerder vermeld, heeft het gebruik van een vastestofelektrolyt verscheidene voordelen ten opzichte van een vloeibaar systeem (zoals geen lekkage en sneller ladingstransport), wat ook is gerealiseerd voor fotokathoden met kleurstofsensibiliteit. Met behulp van elektron transporteren materialen zoals PCB ‘ s, TiO2 en ZnO in plaats van de conventionele vloeibare redox paar elektrolyt, onderzoekers zijn erin geslaagd om vastestof p-DSCs (p-ssDSCs) fabriceren, gericht op vastestof tandem kleurstof gesensibiliseerde zonnecellen, die het potentieel hebben om veel grotere fotovoltages dan een vloeibaar tandem apparaat te bereiken.