牛脑蛋白的两性离子效应对染料敏化太阳能电池（DSSC）效率提升的研究

摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种利用植物天然染料吸附于半导体中将太阳能转化为电能的电池。该电池制造成本较低、易于生产、可在可见光下工作且环保。其缺点是与硅基太阳能电池相比效率仍较低，这种低效源于DSSC中电流流动存在障碍。本研究成功通过在多孔TiO2半导体中沉积牛脑包涵素蛋白制备了DSSC——牛脑蛋白的两性离子效应能降低电阻并增强电流。填充TiO2颗粒间隙的牛脑蛋白两性离子效应既产生捕获电子的酸性反应又形成释放电子的碱性基团，从而使牛脑蛋白可作为TiO2分子间的电子桥梁提升DSSC电流。研究采用0%、25%、50%和75%四种浓度将牛脑包涵素蛋白沉积于多孔TiO2半导体，通过X射线衍射仪（XRD）测定晶体结构、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析功能团组成、扫描电子显微镜（SEM）观察表面形貌特征，并使用AM 1.5G太阳模拟器（1000W/m2）测试效率变化。XRD结果显示随着牛脑蛋白浓度增加，氨基酸晶体结构与尺寸增大（75%添加量时达最大值42.25nm）。FTIR表明蛋白添加会在DSSC表面形成含氨基的蛋白质功能团，且浓度升高时FTIR光谱显示功能团能量吸收更显著。SEM观察到TiO2沉积蛋白分子浓度增加会使分子间空腔减小，证实蛋白填补了TiO2间隙。AM 1.5G测试表明75%脑蛋白浓度添加时获得最高效率值1.465%。