[发明专利]一类太阳能电池用偶氮苯类双电荷有机空穴传输材料

说明书

【技术领域】：本发明属于太阳能电池技术领域，尤其是涉及偶氮苯类双电荷有机空穴传输材料在全固态量子点敏化太阳能电池中的应用。

【背景技术】：量子点敏化太阳能电池采用窄带隙的无机量子点(quantum dots，QDs)材料如CdSe、CdS等吸附在宽带隙的无机半导体如二氧化钛上作为光阳极而制作的。这种窄带隙的无机量子点材料具有如下优点：1)QDs的带隙可以通过改变颗粒的大小实现可控调节，进而可以调控QDs的光谱响应范围，以达到和太阳光谱良好的匹配；2)QDs具有高的摩尔消光系数，可以提高太阳光的利用率；3)量子点敏化太阳能电池可以利用热电子产生多个电子空穴对，因此具有更高的理论转化效率(44％)。

电解质作为量子点敏化太阳能电池的重要组成材料，一般是将氧化还原电对溶解在特定的溶剂中制备。在电池的工作中，通过向QDs传递电子实现QDs的再生，并通过在光阴极接受电子而使电池完成一个完整的循环。因此，电解质的性能对量子点敏化太阳能电池的效率有着至关重要的影响。目前常用的电解质是以水为溶剂的多硫电解质。然而，这种以水做溶剂的电解质不可避免的会存在挥发泄露的问题，严重影响了电池的稳定性，很难满足实际应用的需要。采用有机空穴传输材料代替液态电解质可以组装成全固态量子点敏化太阳能电池，能解决液态电解质的挥发泄露问题。目前报道的有机空穴传输材料spiro-OMeDAT，也是从染料敏化太阳能电池中转借而来，并不能很好的满足量子点敏化太阳能电池的需要，因此效率非常低(远远小于1％)，高效的有机空穴传输材料电解质还没有被研制出来。

用于量子点敏化太阳能电池的有机空穴传输材料应当具有：(1)较高的空穴迁移率，能有效的实现电荷迁移，为了匹配量子点敏化电池热电子产生多个电子空穴对，空穴传输材料最好有多个空穴传输中心，实现能级优化匹配；(2)有机空穴传输材料和多孔的二氧化钛膜之间的接触要好；3)注入到二氧化钛膜内的电子和空穴传输材料中的空穴之间的暗反应要小。

基于此，本专利提出一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的偶氮苯类双电荷有机空穴传输材料，其特征在于所述的有机空穴传输材料以偶氮苯和氧化偶氮苯为两个活性中心，在电池工作时，可以传输两个空穴。空穴传输材料的两端分别连接有烷基和硅氧烷羟基，一方面可以增加材料的柔性，抑制结晶，提高空穴传输效率，另一方面硅氧烷羟基可以利用羟基与二氧化钛作用，增加了空穴传输材料和二氧化钛膜的接触性，这种作用抑制了二氧化钛中的电子和空穴传输材料中的空穴的复合，减小了暗反应，取得了良好的效果。对已公布的专利和文献进行检索，未发现相关内容。本发明专利具有明显的实用性、新颖性和创新性。

【发明内容】：在量子点敏化太阳能电池工作的时候，量子点敏化太阳能电池可以利用热电子产生多个电子空穴对，因此，设计具有双电荷传输功能的有机空穴传输材料，能够很好的匹配热电子产生多个电子空穴对的特征，这在以往的研究论文和专利中没有被提出，本发明首次提出这一概念。作为实现载体，本发明提出了一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的偶氮苯类双电荷有机空穴传输材料，其特征在于所述的有机空穴传输材料以偶氮苯和氧化偶氮苯为两个活性中心，在电池工作时，可以传输两个空穴，R₁为氢原子，也可以为碳原子数小于6的烷烃，硅原子上连接烷羟基，n＝1～6。

在电池工作时，量子点上的空穴可以传递给偶氮苯和氧化偶氮苯两个空穴接受单元，根据空穴能级不同，一般，高能级空穴倾向于与偶氮苯单元结合，低能级空穴更容易和氧化偶氮苯中心结合，这有利于实现电荷的快速高效转移，也能够提高开路电压，最终得到较高的光电转化效率。R₁为氢原子，也可以为碳原子数小于6的烷烃。空穴传输材料的另一端连接有硅氧烷羟基，n＝1～6。两端的R₁及硅氧烷羟基可以增加材料的柔性，抑制结晶，提高空穴传输效率，硅氧烷羟基可以利用羟基与二氧化钛作用，增加了空穴传输材料和二氧化钛膜的接触性，这种作用抑制了二氧化钛中的电子和空穴传输材料中的空穴的复合，减小了暗反应。

【本发明的技术方案】：

本发明提出一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的偶氮苯类双电荷有机空穴传输材料，其特征在于所述的有机空穴传输材料以偶氮苯和氧化偶氮苯为两个活性中心，在电池工作时，可以传输两个空穴，R₁为氢原子，也可以为碳原子数小于6的烷烃，硅原子上连接烷羟基，n＝1～6。