Dye sensitized solar cells (DSSC) have become a topic of significant research in the last two decades because of their fundamental and scientific importance in the area of energy conversion. Ease of fabrication with widely available materials coupled with reasonable efficiency has made DSSC a promising candidate in low cost solar cells and its research. The use of synthetic dyes as sensitizer in DSSC provide better efficiency and high durability, but they suffer from several limitations such as higher cost, tendency to undergo degradation, and usage of toxic materials. These limitations have opened up for alternate sensitizers that are bio compatible natural sensitizers. Natural sensitizers contain plant pigments such as anthocyanin, carotenoid, flavonoid, and chlorophyll that are responsible for chemical reactions such as absorption of light as well as injection of charges to the conduction band of TiO2 by the sensitizer. Therefore, dyes containing these pigments can easily be extracted from natural products like fruits, flowers, leaves, seeds, barks etc and can be employed as sensitizer for DSSC. The main objective of this review is to discuss the operation of natural dye based DSSC along with the various components that are present in it. It also details and tabulates the various plant pigments present in the natural products which are employed as sensitizer in DSSC. Furthermore, a detailed summary of the work carried out by different research groups on natural dye based DSSC is also reviewed. Issues on stability and future development of natural dye based DSSCs have been addressed

چکیده

سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ در دو دهه اخیر به یکی از موضوعات قابل توجه در تحقیقات علمی تبدیل شده است. به دلیل اهمیت علمی و بنیادی در حوزه تبدیل انرژی، سهولت ساخت با مواد با قابلیت دسترس‌پذیری بالا و همراه با بازدهی مناسب، این سلول‌ها، بهترین گزینه برای تحقیق در زمینه‌ی سلول‌های خورشیدی ارزان‌قیمت می‌باشند. استفاده از رنگدانه‌های ترکیبی به عنوان ماده حساس‌کننده در این سلول‌ها، باعث پایداری و بازدهی بهتر آنها می‌شود اما در مقابل از محدودیت‌هایی نیز رنج می‌برند که عباتند از: هزینه‌ی ساخت بالا، تخریب سلول با گذشت زمان و استفاده از مواد سمی در ساخت این سلول‌ها. این محدودیت‌ها، راه را برای استفاده از رنگدانه‌های حساس‌کننده‌ی جایگزین باز کرده است. این رنگدانه‌ها حساس کننده‌های طبیعی سازگار با طبیعت هستند. رنگدانه‌های گیاهانی چون آنتوسیانین، کاروتئونید، زردینه وسبزینه که وظیفه‌ی آنها واکنش‌های شیمیایی همچون جذب نور و تزریق بار به نوار رسانش دی اکسید تیتانیوم (TiO2) می‌باشد. بنابراین از گیاهان و محصولات طبیعی مانند میوه‌ها، گل‌ها، برگ‌های درختان، دانه‌ها، پوست درختان و ... که این رنگدانه‌ها را در دل خود دارند می‌توان رنگ‌های مختلف را استخراج، و به عنوان جزء حساس کننده در ساختمان سلول های خورشیدی رنگدانه‌ای به کار گرفت. هدف اصلی از این مقاله‌، بحث در باره‌ی ساخت سلول‌های حساس شده با رنگدانه‌های طبیعی و اجزاء مختلفی که در ساختار آن استفاده شده، می‌باشد. درباره‌ی رنگدانه‌های گیاهی متنوع و با جزئیات مربوط به کاربرد آنها در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای، بحث شده است. همچنین، خلاصه‌ای از کارهای تحقیقی مختلف که بر روی این نوع سلول‌ها انجام گرفته، مرور شده است. مشکلات مربوط به پایداری و توسعه این گونه سلول ها نیز در این مقاله آمده است.

1-مقدمه

سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ به علت روش‌های ساده تهیه و طراحی، سازگاری با محیط زیست و کارایی خوب در شرایط انتشار نور، توجه ویژه‌ای را به سوی خود جلب کرده است. مفهوم سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ نخستین بار در سال 1991 توسط گرتزل و دستیارانش ارائه شد ]1[. اولین سلول رنگدانه‌ای پیشرفته، برای جذب نور مرئی بالاتر از 800 نانومتر و راندمان انرژی تبدیلی بالاتر از 7 درصد در سال 2011 ساخته شد. راندمان گزارش شده 11.4 % بود که در آن از الکترودهای نیمه‌رسانای نانوساختار استفاده شده بود ]4-2[. اخیرا بازدهی 13% هم توسط ماتیو و همکارانش گزارش شده است ]5[ که در آن از الکترودهای نیمه رسانای مزوپوروس و حساس کننده های پورفیرین استفاده کرده است...