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太阳能电池可分为硅太阳能电池、染料敏化纳米晶太阳能电池、塑料太阳能电池、有机太阳能电池等 ［97-103］ ，其中硅太阳能电池具有独特的可调谐光学和电子特性，成为太阳能应用中的主导。硅半导体不是良好的导电体，导致电阻大，同时质量损失大。由于成本高，技术不成熟，没有大规模应用。
1991年，Grätzel发表了一份引人注目的报告，提出了一种新型太阳能电池，称为染料敏化太阳能电池（DSSC），基于纳米晶TiO 2 的能量转化效率为7%，随后将效率提高到10% ［104-105］ 。从那时起，DSSCs引起了研究人员的极大兴趣，因为它们提供了提高高效太阳能转换和低成本的可能性。TiO 2 ［101］ 、ZnO ［106］ 、SnO 2 ［107］ 和Nb 2 O 5 ［108］ 等金属氧化物材料被应用于DSSC。其中，TiO 2 是至关重要的，因为它具有吸引人的光学、电学和生物特性，可以产生最佳性能并被紫外线激活。然而，TiO 2 薄膜缺乏纳米颗粒提供的高表面积 ［38］ 。
然而，一些合成加工涉及复杂的沉积系统或化学有毒元素。开发环境友好、低毒的生物材料至关重要。此外，复合功能纳米结构材料有助于提高效率和降低生产成本 ［8,105,109］ ，如图4.9所示。由于大量染料分子吸附在纳米结构表面上，硅藻的比表面积可以提高太阳能电池的效率 ［1,40,110］ 。硅藻的折射率为1.43 ［111］ 而多孔TiO 2 薄膜的折射率为1.7~2.5 ［32］ ，这使TiO 2 硅藻层在孔阵列中具有高介电层对比度和光散射。也就是说，TiO 2 -硅藻复合DSSCs提高了DSSC的效率 ［112］ 。
图4.9 硅藻壳体到纳米结构硅的镁热转换及其在光电化学能量转换中的应用示意图 ［112］
在第二步中，将巯基改性硅藻壳体连接到金电极表面，并用于设置用于进行光电流测量的三电极电池中
硅藻在太阳能电池中的应用历史并不长。Chandrasekaran等 ［113］ 在2014年首次表明，由硅藻制备的半导体和高表面积3D硅复制品可维持光电流并实现太阳能转换，如图4.10所示。之后，许多科学家开始了这方面的研究，包括中国的研究人员。
图4.10 硅藻电极示意图和光学显微镜下观察到的硅藻图 ［112］
（a）TiO 2 硅藻工作电极；（b）硅藻；（c）硅藻壳体
Chen等还进行了理论和实验研究，以了解用于增强太阳能的硅藻壳的纳米光子捕光材料。他发现增强的吸收效率发生在400～500nm和650～700nm区域内，硅藻可以通过耦合到局域波导模式有效地操纵入射光，这将提高硅藻中的太阳能转换效率。
在以往的研究中，硅藻不仅应用于DSSC，还应用于其他类型的太阳能电池。Chen等介绍了具有更好热稳定性的硅藻叶绿素提取物，作为表面纹理硅太阳能电池上的旋涂抗反射层的效果。他们发现，在350～1100nm的光谱区域内，稍微沉积一层薄薄的硅藻提取物层可以将反射降低多达13%。然而，硅藻在太阳能电池中的应用由于其低成本、天然丰富和环境友好的性质，是一个很有前途的方向，我们仍然需要提高硅藻太阳能电池的能量转换效率。