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对于绿色植物的光合作用，我们并不陌生：通过叶绿体，吸收并利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，同时释放出氧气。受光合作用启发，科学家们正在着手研制一种与叶绿体原理部分相似的新型电池——染料敏化太阳能电池，它可将光能转化成电能，实现真正“零排放”。
“人造树叶”电池
绿色植物利用叶绿体，吸收太阳光，把光能转化为太阳能。整个过程中，只要有太阳光，光合作用就能一直进行下去。一种名为“染料敏化太阳能电池”(简称DSC)的新型电池，其工作原理与光合作用原理相类似。不同的是，绿色植物的光合作用是通过叶绿体，而DSC借助的是类似叶绿素的染料，利用这种染料来吸收太阳光，产生电子，电子再被负电极收集，然后再通过外电路，回到正电极，产生光电流。
这种电池使用了廉价的性能很好的纳米二氧化钛为电池的负极，然后在纳米二氧化钛上吸附一层对太阳光敏感的有机染料，所以叫染料敏化太阳能电池。它制作的原材料简单易得，工艺并不复杂，功能如同于一片树叶，所以被形象地称为“人造树叶”。
和树叶相比较，染料敏化太阳能电池中所使用的染料，就如同树叶中的叶绿素，在太阳光的照射下，会产生电子，纳米二氧化钛电极则是集结电子的收集器。这种电池只要在光照下，就会源源不断地产生电子，将光能直接转化为电能，而且不会排放任何废物。
不同的“光合作用”
“人造树叶”电池的工作原理是：当染料分子吸收太阳光后，电子开始变得活跃，并脱离原先的基态，与二氧化钛发生氧化反应，电子很快跑到表面被电极收集，通向外电路：而从另一端电极返回的电子被电解质中的离子捕获，送还给被氧化的染料分子，使其重新回复到基态，这就完成电子的输运循环过程。中科院等离子体物理研究所研究员戴松元指出：“整个循环过程，只要有太阳光，并且与外电路接通，就能持续不断地将太阳能转换成电能。”
但是，DSC的光合作用与植物的光合作用并不相同。我们可以把植物中叶绿素分子看做是DSC中所用的染料分子中的一种。它们之间的相似点就是光吸收，电子受激发，电荷传递。区别就在于后面的步骤不一样，对DSC来说，就是在两个电极中收集传递过来的电荷，产生电能；而对光合作用，电荷传递到反应中心，形成新的化学键，它将光能转化成化学能。
物美价廉无污染
相对于其他太阳能电池，DSC制作简单，成本低廉、环境友好，并可以制备在柔性基板上。此外，DSC的原材料丰富，性能稳定。DSC制作中主要工艺是大面积丝网印刷技术和简单浸泡方法，有利于大面积工业化生产，而且所有原材料和生产工艺都无毒、无污染，电池中的导电玻璃可以得到充分的回收，对环境保护有深远的意义。
戴松元表示，由于DSC可直接把太阳能转变成电能，实现大规模光伏发电，对解决我国广大中西部无电地区的能源问题有重大意义。他算了一笔账，从长远来看，如果DSC成本降到每峰瓦10元，其性价比就可与常规能源相当。如果效率达到7％，每平方米电池供电将有70瓦，那么，14.3平方千米的面积就可达到1000兆瓦的供电能力。
应用前景广阔
DSC的下一步主要目标是在工艺和产业化制造技术上争取有新的突破，重点解决电池长时间稳定性和提高电池组件的效率，一旦推广应用，要求至少要有15～20年以上的稳定期。但从长远来说，太阳电池要真正做到低价应用，使普通老百姓用得起，才是关键的出路。
光伏电池在未来将成为一种重要的安全可靠的新能源。DSC作为光伏电池的一种，有它的特有应用市场。
据悉，由于二氧化钛具有较好的可见光透过率，所以这种“人造树叶”几乎是透明的，薄如蝉翼而且可以随意弯曲，随着材料和器件结构的不断改进，这种神奇“树叶”的商业化前景非常乐观。
专家介绍，这种透明的“树叶”如果做成大面积的，有可能代替玻璃，只要接收光照，就可以为室内小型电器提供动力，也可以为室外广告牌提供电力。在高原沙漠地带，只要在车顶上架个装有“人造树叶”的大篷，就可以为小型汽车提供动力，人们长途旅行时就不用担心汽车缺少燃油，还免除了旅行中额外的辎重。
此外，这种可弯曲并且透明的电池不但收放自如，还能层叠起来，提高太阳光的利用率，在航天方面将是宇宙飞船或者卫星动力的新宠。
制约瓶颈何在?
虽然前景诱人，但是要使DSC成为未来能源体系的组成部分，关键是要实现其性能价格比可与常规能源相当。戴松元认为，以DSC的成本优势，如达到6％的光电转换效率，室外稳定性达到10年以上，就具有了产业化潜力。但DSC作为一种长期置于户外的装置，必将受到各种自然条件的影响。因此，研究长寿命、高稳定性的DSC是一个十分迫切的问题。
目前，染料敏化太阳电池遇到的另一个问题是染料分子问题。目前它的光吸收效率还不够高，照射到地球上太阳光的光谱很宽，光谱中49％能量集中在红外光，而目前的绝大多数染料分子对红外光的吸收效率不高。所以，合成具有高吸收效率的染料分子也成为一个很重要的研究方向。
“人造树叶”电池
绿色植物利用叶绿体，吸收太阳光，把光能转化为太阳能。整个过程中，只要有太阳光，光合作用就能一直进行下去。一种名为“染料敏化太阳能电池”(简称DSC)的新型电池，其工作原理与光合作用原理相类似。不同的是，绿色植物的光合作用是通过叶绿体，而DSC借助的是类似叶绿素的染料，利用这种染料来吸收太阳光，产生电子，电子再被负电极收集，然后再通过外电路，回到正电极，产生光电流。
这种电池使用了廉价的性能很好的纳米二氧化钛为电池的负极，然后在纳米二氧化钛上吸附一层对太阳光敏感的有机染料，所以叫染料敏化太阳能电池。它制作的原材料简单易得，工艺并不复杂，功能如同于一片树叶，所以被形象地称为“人造树叶”。
和树叶相比较，染料敏化太阳能电池中所使用的染料，就如同树叶中的叶绿素，在太阳光的照射下，会产生电子，纳米二氧化钛电极则是集结电子的收集器。这种电池只要在光照下，就会源源不断地产生电子，将光能直接转化为电能，而且不会排放任何废物。
不同的“光合作用”
“人造树叶”电池的工作原理是：当染料分子吸收太阳光后，电子开始变得活跃，并脱离原先的基态，与二氧化钛发生氧化反应，电子很快跑到表面被电极收集，通向外电路：而从另一端电极返回的电子被电解质中的离子捕获，送还给被氧化的染料分子，使其重新回复到基态，这就完成电子的输运循环过程。中科院等离子体物理研究所研究员戴松元指出：“整个循环过程，只要有太阳光，并且与外电路接通，就能持续不断地将太阳能转换成电能。”
但是，DSC的光合作用与植物的光合作用并不相同。我们可以把植物中叶绿素分子看做是DSC中所用的染料分子中的一种。它们之间的相似点就是光吸收，电子受激发，电荷传递。区别就在于后面的步骤不一样，对DSC来说，就是在两个电极中收集传递过来的电荷，产生电能；而对光合作用，电荷传递到反应中心，形成新的化学键，它将光能转化成化学能。
物美价廉无污染
相对于其他太阳能电池，DSC制作简单，成本低廉、环境友好，并可以制备在柔性基板上。此外，DSC的原材料丰富，性能稳定。DSC制作中主要工艺是大面积丝网印刷技术和简单浸泡方法，有利于大面积工业化生产，而且所有原材料和生产工艺都无毒、无污染，电池中的导电玻璃可以得到充分的回收，对环境保护有深远的意义。
戴松元表示，由于DSC可直接把太阳能转变成电能，实现大规模光伏发电，对解决我国广大中西部无电地区的能源问题有重大意义。他算了一笔账，从长远来看，如果DSC成本降到每峰瓦10元，其性价比就可与常规能源相当。如果效率达到7％，每平方米电池供电将有70瓦，那么，14.3平方千米的面积就可达到1000兆瓦的供电能力。
应用前景广阔
DSC的下一步主要目标是在工艺和产业化制造技术上争取有新的突破，重点解决电池长时间稳定性和提高电池组件的效率，一旦推广应用，要求至少要有15～20年以上的稳定期。但从长远来说，太阳电池要真正做到低价应用，使普通老百姓用得起，才是关键的出路。
光伏电池在未来将成为一种重要的安全可靠的新能源。DSC作为光伏电池的一种，有它的特有应用市场。
据悉，由于二氧化钛具有较好的可见光透过率，所以这种“人造树叶”几乎是透明的，薄如蝉翼而且可以随意弯曲，随着材料和器件结构的不断改进，这种神奇“树叶”的商业化前景非常乐观。
专家介绍，这种透明的“树叶”如果做成大面积的，有可能代替玻璃，只要接收光照，就可以为室内小型电器提供动力，也可以为室外广告牌提供电力。在高原沙漠地带，只要在车顶上架个装有“人造树叶”的大篷，就可以为小型汽车提供动力，人们长途旅行时就不用担心汽车缺少燃油，还免除了旅行中额外的辎重。
此外，这种可弯曲并且透明的电池不但收放自如，还能层叠起来，提高太阳光的利用率，在航天方面将是宇宙飞船或者卫星动力的新宠。
制约瓶颈何在?
虽然前景诱人，但是要使DSC成为未来能源体系的组成部分，关键是要实现其性能价格比可与常规能源相当。戴松元认为，以DSC的成本优势，如达到6％的光电转换效率，室外稳定性达到10年以上，就具有了产业化潜力。但DSC作为一种长期置于户外的装置，必将受到各种自然条件的影响。因此，研究长寿命、高稳定性的DSC是一个十分迫切的问题。
目前，染料敏化太阳电池遇到的另一个问题是染料分子问题。目前它的光吸收效率还不够高，照射到地球上太阳光的光谱很宽，光谱中49％能量集中在红外光，而目前的绝大多数染料分子对红外光的吸收效率不高。所以，合成具有高吸收效率的染料分子也成为一个很重要的研究方向。