近期，复旦大学彭慧胜课题组提出了一种新的解决策略，通过发挥纤维结构的360°受光优势，最大限度地利用纤维电极的活性面积来增强光捕获，以提升光伏性能。该团队设计了一种纤维染料敏化太阳能电池(FDSSC)，在最外层封装管上构建了光扩散层，在内部对电极上构建了光转换层。入射光通过扩散作用可以到达纤维电极的更多表面，并在对电极上进行光转换后，反射到邻近的光阳极，显著增强了光收集，从而使纤维染料敏化太阳能电池获得了13.11%的光电转换效率(PCE)，为目前该领域报道的最高效率。此外，光扩散层呈现均匀的白色外观，且在其中引入少量颜料即可实现外观颜色的调控，大幅提高了纤维太阳能电池的可设计性以及与织物的兼容性。该工作以题为“Integrating Light Diffusion and Conversion Layers for Highly Efficient Multicolored Fiber Dye-Sensitized Solar Cells”的文章发表于Advanced Materials上。
集成光扩散和转换层的FDSSC的结构设计
集成光扩散和转换层的FDSSC的制备与性能表征
将制备好的含有光转换粒子的浆料浸涂在具有高催化活性的导电纤维上，随后在水中进行非溶剂交换过程，烘干后得到具有多孔光转换层的纤维对电极。将上述对电极与纤维光阳极一起封装在透明管中，然后涂覆Al2O3/PU浆料，烘干后形成光扩散层。注入电解液后，两端封口，完成制备。所得FDSSC呈现均匀的白色外观，有效地遮蔽了内部纤维电极和电解质。
在光扩散层中，该文采用具有高耐磨性、柔韧性和化学稳定性的高透明PU作为聚合物基体，Al2O3作为光扩散颗粒。通过引入尺寸为1−3 µm的Al2O3颗粒，可以在紫外–可见–近红外波长实现强烈的正向Mie散射，有效进行光扩散。PU膜中Al2O3的最佳含量为10 wt%，使光扩散层在300−1200 nm波长范围内实现了高达88%的平均透光率和82%的平均雾度。与没有光扩散层的传统FDSSC相比， PCE从9.84%提升到10.71%。
所得高性能FDSSCs显示出均匀的颜色和外观，与织物具有很高的兼容性。在光扩散层中引入少量颜料，可以实现FDSSC外观颜色的调控，以满足更广泛的穿戴需求。由于Al2O3/PU薄膜具有较强的光扩散能力，少量颜料即可使FDSSC显示出明显的视觉颜色。此外，尽管颜料在可见光波长范围对透过率有一定影响，但光转换层能有效利用近红外波长的入射光，因此彩色的FDSSC依旧保持较高的光伏性能，例如在黄色和绿色外观下，PCE分别高达12.45%和12.13%。多彩FDSSC可以通过编织工艺得到各种尺寸和类型的织物，以满足不同的供电需求。
将FDSSC与纤维电池编织集成，构建供能织物，除了能直接对可穿戴电子设备供电，还可以进一步与传感器、显示器、微芯片等其他功能元件集成，构建复杂的功能系统，推动智能电子织物的发展，促进人们的智能生活。该文展示了一个集成在日常服饰中的概念性健康监测系统，由FDSSC和纤维电池作为供电模块。当用户运动时，传感器可以检测到相关的生理信息，并将数据发送给信号处理芯片，然后反馈到手机和织物显示上。这有利于用户监测自己的健康状态，并做出相应的诊断，评估是否在正常范围内，如果不在正常范围内，用户将及时得到特定的显示提醒。
