利用自然界当中储量丰富的叶绿素及其衍生物作为光活性材料制备新型太阳能电池,既可以实现廉价可再生自然资源的有效利用,又可以通过模仿天然体系的光能转化过程来实现潜在的高光电转换效率。近年来本课题组应用一系列叶绿素及其衍生物作为光活性材料进行了一系列探索并取得了一定成果。首先,我们初步探索了可以自组装的叶绿素聚集体作为空穴传输材料协同叶绿素染料敏化二氧化钛组装成基于全叶绿素的有机无机异质结电池并实现了0.1%光电转换效率。^[1]然而其光电流的贡献仅仅来源于叶绿素染料敏化二氧化钛,随后合成了一系列不同的叶绿素衍生物聚集体作为空穴传输材料,并将其应用在基于全叶绿素的有机无机异质结电池中,使其光电转换效率提高到0.9%。^[2]接下来,本课题组通过溶剂工程来控制空穴传输层叶绿素聚集体的形貌,使得基于该体系器件的光电转换效率进一步提高到2.13%。^[3]紧随其后,通过在叶绿素聚集体空穴传输层与银电极之间加入P3HT层作为双空穴传输层来进一步提高其空穴抽取能力,使其光电转换效率进一步增加到3.06%。^[4]自然界中基于叶绿素的Z型天然光合作用展示了激发态电子从光系统Ⅱ通过电子传递链转移到光系统Ⅰ的电子传递途径。受该Z型光合作用电子转移过程的启发,我们首次设计并模拟该Z型光合作用的电子传递过程而研制出基于全叶绿素的生物太阳能电池。我们所设计器件的能级排列与传统的光伏器件理解相冲突却依然能够工作并取得了1.30%的光电转换效率。^[5]然而由于该器件在界面处电荷抽取能力有限,我们通过引入叶绿素染料敏化二氧化钛作为初级电子受体取代之前器件中的ZnO电子传输层,制备成基于不同种类叶绿素衍生物分子的具有三层结构的全叶绿素生物电池。如图1所示,实现了超过4.2%的高光电转换效率,并受到了广泛关注。^[6]