那些安裝在屋頂上或者被陽光照射到的空地上的太陽能電池，都在悄悄收集太陽能輻射能，都是綠色能源運動的旗手。但是他們可以更高效，更耐用，成本更低嗎？這是德雷塞爾大學和賓夕法尼亞大學的工程師藉助小納米技術和大量數學建模想要找到的答案。
一項為期三年的美國國家科學基金成立了一個團隊，旨在探索製造新的光伏電池，使其更高效，更耐用，成本更低。該團隊正在檢驗染料敏化太陽能電池，它可以通過光敏染料捕獲輻射能，然後將其轉換為電能。他們的目標是：簡化太陽能電池中的電子轉移過程，使其更有效地將輻射能轉換為電能。
染料敏化太陽能電池目前的光電轉換效率為11%-12%，科研人員正努力使其達到和矽基電池一樣的效率。而目前矽基電池的效率大概是染料敏化電池的兩倍。
儘管效率比較低，但是相對於軌跡電池，染料敏化太陽能電池還具有很多優勢。染料敏化太陽能電池的成本低，易於生產，結構穩定，原材料豐富。而且其耐用性高，弱光下性能好，使得染料敏化電池在主流應用條件下比標準矽基電池更有吸引力。還有一點是染料敏化電池更具靈活性，可以進行一些新的應用，而這些應用可能就不適合死板的矽基電池。不過由於目前染料敏化電池效率較低，其應用還不能像矽基電池一樣廣泛。但是隨著該團隊的研究的進展，這個障礙很快就會克服掉。
"我們的終極目標是通過計算最佳的設計，分析和集成，從而設計和測試出一種高效的染料敏化太陽能電池陣列。"該項目的首席研究員，德雷克賽爾大學Masoud Soroush博士說。
該小組提出的主要策略設計使輻射的不穩定運動有機化，或者使電子更有序流動。此外，通過控制電解質基體中的材料，來維持電池內部電子的流動。
"我們正在尋求電解質和電極材料與電池設計的融合，這可以提供高的光電轉換效率。" Soroush說，"最終的設計應該要使電池光電陽極和電解質間的電傳導損失達到最小。"
製造一種路徑
目前，太陽能電池的能量收集和輸出工藝有點像狂熱的消防演習。太陽能輻射撞擊光敏染料，激發電子並以帶電的形式發送其穿越包含電極的納米粒子區域，並且最終輸出至剩餘的電路。
工程師試圖通過嵌入碳納米管來管理光生電子的快速外流，碳納米管是一種小型圓柱石墨碳納米管，尺寸小於10納米，作為防止電子逃脫的圍欄。
"為了使太陽能電池產生電流，光電陽極中的光生電子不得不穿越二氧化鈦納米顆粒網絡，在運輸過程中他們還遭遇了很多納米界限，"該項目首席研究員，賓夕法尼亞大學的Daeyeon Lee博士說，"由於電子的隨機的闡述路徑，在他們到達透明導電玻璃之前一大批電子迷失在納米顆粒網絡中，也就不能發電了。"
Lee還說到，碳納米管為電子提供了連續的路徑，並且還阻止了光生電子從太陽能電池到迴路電路的傳輸過程中的損失。隨著納米管的增加，太陽能電池總體的電荷收集效率有望提升。