[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的花青素改性方法

说明书

本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池的花青素改性方法，属于太阳能电池材料制备技术领域，在酸性条件下，利用高锰酸钾对花青素进行强氧化反应，将其中的伯醇羟基强氧化为羧基，以提高花青素在TiO₂薄膜上的吸附量。本发明首次提供了对用于染料敏化太阳能电池的花青素进行强氧化的方法，提高染料的吸附量进而能够提高染料敏化太阳能电池光电性能的优点，具有制备方法简单易行，反应易于控制，原料丰富等特点。

技术领域

本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池的花青素改性方法，属于太阳能电池材料制备技术领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell，简称DSC)，又叫“Gratzel”电池，是1991年瑞士洛桑联邦理工(EPFL)的M·Gratzel教授的团队发明的一种新型高效太阳能电池。该电池不仅制作工艺简单，而且可以做成可弯曲的，彩色的，可用于建筑外墙也可作为装饰。DSC的理论转换效率很高，可达33％，超过单晶硅基太阳能电池的理论转换效率。基于以上原因，DSC也因而被认为是传统硅基电池的有力竞争者与替代者，在全球学术界与工业界吸引着越来越多的研究热情。

染料敏化太阳能电池(DSC)是模拟植物光合作用进行光电转换的一种电池，其中染料敏化剂是DSC的关键组成部分之一，它吸附于纳米多孔TiO₂薄膜上，具有吸收太阳光产生光电子，并将光电子注入到TiO₂的导带中的作用。作为DSC的染料敏化剂需要对太阳光有良好的吸收性能，带有可以与TiO₂发生化学吸附的基团(如羟基、羧基、磷酸基等)，能够向TiO₂注入电子以及比较好的稳定性等。目前人们已经合成出了近千种染料，其中以钌的联吡啶配合物的光电性能最好，但由于它的成本比较高，合成困难，在一定程度上限制了它的大规模的使用。

天然染料敏化剂是直接从植物中提取的，获得染料的过程相对简单，生产成本较低，且与环境友好，但是天然染料敏化剂作为DSC的染料敏化剂存在着一定的不足，导致染料敏化剂在TiO₂薄膜上的吸附量不高，光电转换效率不高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有花青素敏化剂在TiO₂薄膜上的吸附量不高，提出了一种对天然花青素进行改性的方法，用以提高花青素敏化太阳能电池的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于染料敏化太阳能电池的花青素改性方法，在酸性条件下，利用高锰酸钾对花青素进行强氧化反应，将其中的伯醇羟基强氧化为羧基，以提高花青素在TiO₂薄膜上的吸附量。

用于染料敏化太阳能电池的花青素改性方法，其包括以下步骤：

1)配制高锰酸钾溶液并进行标定，测得KMnO₄的浓度为：

C(KMnO₄)＝0.0210mol/L；

2)以蒸馏水为溶剂，配制花青素的浓度为：0.2g/L；

3)配制0.01mol/L的盐酸溶液；

4)配制0.01mol/L的氢氧化钠溶液；

5)取步骤1)配制的高锰酸钾溶液10ml，加入步骤3)配制的盐酸溶液5ml，并放在磁力搅拌器上进行搅拌，转速300转/分；

6)取花青素溶液10ml，缓慢加入到步骤5)正在搅拌的酸性高锰酸钾溶液中，在室温下反应45min，完成强氧化反应；

7)反应完成后将步骤6)得到的产物全部倒入离心管中进行低速离心分离，将色素与二氧化锰沉淀分离；

8)将步骤7)所得到的色素中加入5ml的氢氧化钠溶液；