Pin mặt trời sử dụng chất nhạy màu

Các nghiên cứu về vật liệu TiO2 ứng dụng cho pin mặt trời DSSC hiện nay còn rất khiêm tốn, chủ yếu tập trung vào việc tìm kiếm các cấu trúc bề mặt phù hợp, như việc chế tạo các màng TiO2 xốp sử dụng các hạt nano hay sử dụng các thanh nano. Một hướng nghiên cứu khác, rất hiệu quả, là pha tạp các ion kim loại vào bề mặt TiO2. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã thực hiện việc mô phỏng pha tạp Al và W vào bề mặt TiO2 nhằm nâng cao hiệu suất của pin mặt trời DSSC, họ đã thu được một số kết quả đáng kể bước đầu.

Hợp chất TiO2 pha tạp kim loại có khả năng làm tăng đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng của DSSC. Tính toán trong nghiên cứu này dựa trên nguyên lý ban đầu (AB initio calculation) về tính chất điện tử, khả năng hấp thụ chất màu của vật liệu TiO2 pha tạp Al và W, sử dụng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (density functional theory - DFT). Các kết quả cho thấy một lượng nhỏ tạp kim loại ảnh hưởng không đáng kể lên vị trí mức năng lượng Fermi. Tuy nhiên nó lại gây ảnh hưởng mạnh tới khả năng tiêm điện tử do đóng góp của các tâm bẫy điện tử vào vùng cấm. Các tâm tạp do W có xu hướng hỗ trợ quá trình tiêm điện tử trong khi các tâm do Al gây nên lại có tác dụng ngược lại. Tuy nhiên, việc pha tạp Al giúp tăng khả năng hấp thụ chất màu lên bề mặt TiO2 trong khi pha tạp W gây ra hiệu ứng ngược lại.