[发明专利]一种氰基联苯功能化的苯并咪唑及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，涉及一种染料敏化太阳能电池中染料敏化光阳极的表面修饰材料。

背景技术

光阳极是染料敏化太阳能电池的核心部件，主要作用是利用巨大的表面积来吸附单分子层染料，同时也是电荷分离和传输的载体。在DSSC中应用的半导体薄膜材料主要有TiO₂、ZnO、SnO₂、Nb₂O₅、SrTiO₃、Zn₂SnO₄等，到目前为止性能最为优良的仍是纳米TiO₂半导体。但是半导体电极的巨大表面积也增加了电极表面的电荷复合几率，从而降低太阳能电池的光电转换效率。为了改善电池的光伏性能，减少电子复合，需要对TiO₂电极表面进行钝化和保护，现有技术中，人们开发了多种物理化学修饰技术来改善纳米TiO₂电极的特性，例如：TiCl₄水溶液处理TiO₂光阳极、在TiO₂表面包覆一层材料薄层、使用共吸附剂、利用电解质中引入的添加剂(参见：Chem.Rev.2010，110，6595-6663)，具体地：

(1)采用TiCl₄水溶液处理TiO₂光阳极，可以在纯度不高的TiO₂核外面包覆一层高纯度的TiO₂，增加电子注入效率，在半导体-电解质界面形成阻挡层。和电沉积一样，在纳米TiO₂薄膜之间形成新的纳米TiO₂颗粒，增强了纳米TiO₂颗粒间电化学接触(参见：J.Am.Chem.Soc.1993，115，6382-6390)。

(2)在纳米TiO₂表面包覆具有较高导带位置的半导体或绝缘层形成核-壳结构的阻挡层也可以减少电荷的复合。TiO₂表面包覆ZnO、Nb₂O₅、SrTiO₃等金属氧化物后电池效率均有明显提高[Chem.Mater.2001，13，678-682；J.Phys.Chem.B，2001，105，6347-6352；Chem.Mater.2002，13，4629-4634]。Kay和等对TiO₂包覆Al₂O₃、MgO、Y₂O₃后，虽然电池的光电压和填充因子上升，但短路电流密度大幅度降低，最终导致了电池效率的降低(参见：Chem.Mater.2002，14，2930-2935)。

(3)Bongha等通过在TiO₂表面滴加一定浓度的树枝状聚酯溶液共吸附剂，作为半导体-电解质界面的阻挡层。可以有效的提高短路电流密度，但对开路电压影响不大。但所用的聚酯价格较高(3806RMB/250mg，Adrich公司)(参见：Chem.Comm.2011，47，1734-1736)。Chang等用吡啶熔盐作为共吸附剂，只使用烟碱酸时开路电压有所增加，但短路电流降低很多，最终导致效率下降了很多，使用吡啶熔盐时，由于含有I^-，使得效率略有增加；并且，由于是把吡啶熔盐和N719配成溶液，这样做对制作染料敏化太阳能电池的成本很不利，增加了染料敏化太阳能电池的制作成本(参见：Sol.Energy，2010，doi：10.1016/j.solener.2010.10.009)。

(4)专利号为200710119311.X的中国发明专利公开了一种染料敏化太阳能电池中染料敏化光阳极的后修饰方法，将制备好的纳米多孔TiO₂光阳极吸附染料后，再修饰上金属化合物层。减小了TiO₂导带中注入的电子与电解质中氧化还原对的反向复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。但是我们可以从公开的的说明书里了解到参比电池放置一天后效率从2.60％下降到0.36％；实例一的效率从3.22％下降到3.20％，放置两天后降到1.98％。虽然修饰后效果比未修饰的要好，但电池的稳定性还是不理想的。