[发明专利]锌卟啉超分子染料敏化剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种锌卟啉超分子染料敏化剂及制备方法和应用，以锌卟啉发色团作为天线分子与4‑吡啶基苯甲酸锚固分子在光阳极TiO₂表面进行锌卟啉超分子自组装得到所述的染料敏化剂，所述的染料敏化剂结构如下式A所示，然后应用到染料敏化太阳能电池之中。本发明通过以锌卟啉发色团作为天线分子与4‑吡啶基苯甲酸锚固分子进行锌卟啉超分子自组装构建锌卟啉超分子染料敏化剂，有效地减少了一般染料敏化剂的复杂合成步骤，改善了器件的光子捕获性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种锌卟啉超分子染料敏化剂及制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于经济高速发展的同时也带来了比较严重的环境污染和能源紧缺问题，因此人们对新能源的开发利用显示出了越来越大的兴趣。新能源具有传统能源无法比拟的优点，比如来源丰富、易于开发、环境友好、循环利用等。一般来说，新能源包括风能、水能、潮汐能、太阳能、核能等，其中以太阳能利用为主的可再生能源潜力极大，同时太阳能采集方便﹑没有污染，其储量可以使用上百亿年，光伏发电是利用太阳能的重要途径之一，因此太阳能电池的研发已经成为新能源开发的重要领域之一

染料敏化太阳能电池(DSSCs，dye-sensitized solar cells)已经吸引了全世界很多科学家的广泛关注，主要是由于其具有制作方便、价格低廉、并且有着很高的光电转换效率等优点。虽然染料敏化太阳能电池得到了长足的发展，但是目前的光电转换效率距离理论效率还有很大的差距，并且染料敏化剂都局限于单层染料，比如研究比较成熟的吡啶钌类染料、金属卟啉类染料和纯有机染料等。尽管目前基于纯有机染料ADEKA-1的电池器件光电转换效率已经达到了14.3％，但是由于单层染料本身光子捕获能力的限制，电池效率很难再有较大的突破。传统染料会被设计成基本的D-π-A结构，人们可以提高调控其中的电子供体部分、桥连基团和电子受体部分来改善器件的光子捕获能力，但是要想达到近红外区域却有着很大的难度，并且会受到能级匹配等因素的制约，因此发展新型高效的染料敏化剂以及敏化技术对于提高染料敏化太阳能电池的整体性能有着非常重要的科学意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种锌卟啉超分子染料敏化剂及制备方法和应用，是以一种锌卟啉发色团作为天线分子与4-吡啶基苯甲酸锚固分子在光阳极TiO₂表面进行锌卟啉超分子自组装，然后应用到染料敏化太阳能电池之中。与传统的D-π-A结构染料敏化剂相比，天线分子的可调控性与空间性不仅可以提高染料的光谱响应能力，而且可以有效地减少电荷复合行为，从而达到提高电池整体性能的目的。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种锌卟啉超分子染料敏化剂的制备方法，包括如下步骤：

以锌卟啉发色团作为天线分子与4-吡啶基苯甲酸锚固分子在光阳极TiO₂表面进行锌卟啉超分子自组装得到所述的染料敏化剂，所述染料敏化剂结构如下式A所示：

进一步的，所述锌卟啉发色团结构图如式B所示，所述锚固分子如式C所示：

进一步的，包括如下步骤：将TiO₂纳米晶薄膜先在锚固分子溶液中敏化8-12小时，洗涤，干燥，再在天线分子锌卟啉发色团溶液中进行锌卟啉超分子自组装1-4小时，洗涤，干燥，然后进行太阳能电池器件组装。

进一步的，锚固分子溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、四氢呋喃中的一种或几种，锌卟啉发色团溶液的溶剂为乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的一种或几种。

进一步的，锚固分子浓度为0.5-3mmol，锌卟啉发色团的浓度为0.1-0.5mmol。