[发明专利]以锌酞菁双酚A环氧衍生物敏化的太阳能电池制备

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用锌酞菁双酚A环氧衍生物敏化的纳米膜太阳能电池制备方法。属于太阳能电池制备工艺领域。 

背景技术

由于传统燃料能源的减少和环境污染问题日益突出，寻找清洁和可再生能源已成为世界各国共同关心的问题。其中太阳能以其独有的取之不尽、用之不竭、不受地理环境限制等优势，成为安全、无污染的最好能源，将太阳辐射能转换成电能的太阳能电池，也成为未来最为诱人的主要替代能源之一。 

从目前全球太阳能电池发展状况分析，硅系太阳能电池技术日益成熟，并己经在全球范围内进行了大规模量产，取得了显著的经济及社会效益。但硅系太阳能电池苛刻的生产工艺，使得生产成本一直居高不下，限制其只能在一些特殊的领域(如航天、军事)应用，大规模的实用化还存在商业上的困难。另外，随着太阳能电池产能的不断扩大，硅原料严重供不应求的制约已经显现出来，其高耗能产业的产业链也进一步影响了现有产能效益。 

另一大类PN结半导体太阳能电池是化合物半导体太阳能电池，研究较多的有GaAs、InP、CuInSe₂和CdTe等太阳能电池。与硅太阳能电池相比，化合物半导体太阳能电池的特点之一是耐射线辐照，但是由于化合物半导体多数带有毒性，易对环境造成污染，而且成本高昂，目前多用于宇宙环境等一些特殊场合。总之，PN结型的半导体太阳能电池受到成本等因素的限制，仍不能作为主要能源与其它能源竞争，目前，各国基本上采取给予财政补助的方法来促进太阳能电池产业的发展。因此需要开发新的具有经济性优势的太阳能利用技术。 

染料敏化太阳能是由吸附染料光敏化剂的半导体纳米多孔薄膜制成的新型光化学电池。染料敏化太阳电池的主要半导体材料是二氧化钛(TiO₂)，其丰富的含量、低廉的成本和稳定的性能是该项技术的优势，电池制作中主要工艺是大面积丝网印刷技术及简单浸泡方法，其工艺简单、成本低，在工业化生产中具有较大的优势，且所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，对保护人类环境具有重要意义。目前，这种新型太阳能电池的实验室光电转换效率已达到12 %以上，一旦大面积染料敏化太阳能电池的光电转化效率进一步提高，封装问题、使用寿命问题得到很好的解决，染料敏化太阳能电池很有可能在不远的将来成为一种具有竞争力的商业化产品。 

在染料敏化太阳能电池中，染料光敏化剂是最为核心的一部分。本发明合成了一种新型酞菁衍生物染料光敏化剂--锌酞菁双酚A环氧衍生物，并制备了以TiO₂纳米晶膜为光电极，并基于该染料作光敏化剂的染料敏化太阳能电池。 

发明内容

    本发明的目的在于提供一种合成宽吸收太阳光谱范围的染料光敏化剂，及其相应制备染料敏化太阳能电池的方法。 

本发明中所提供的宽吸收范围的染料为锌酞菁双酚A环氧衍生物，该衍生物的合成方法，其具有以下步骤： 

A．四氨基锌酞菁的制备

(a) 采用苯酐-尿素溶剂法制备四硝基锌酞菁

按四水合乙酸锌、四硝基邻苯二甲酸酐和尿素的摩尔比为1:4:40备料，与适量的催化剂四水合钼酸铵混合，并用研钵研磨均匀后，加入到500 ml的三口烧瓶中，再加入适量的硝基苯溶剂，将三口烧瓶放入油浴中加热到180-200 ℃，同时搅拌，反应5小时后冷却过滤，用甲醇清洗滤渣至无硝基苯气味；将固体粉末用1 mol L^-1盐酸溶液煮沸，趁热过滤后再用1 mol L^-1氢氧化钠溶液煮沸、过滤，用去离子水清洗至中性，烘干产物即为四硝基锌酞菁。

(b) 四氨基锌酞菁的合成 

将四硝基锌酞菁和九水合硫化钠按摩尔比为1:10的量加入100 ml烧瓶中，加入适量的二甲基甲酰胺溶剂后搅拌均匀，在通氩气的条件下油浴加热到60℃，用磁性搅拌子搅拌，冷凝回流，反应5小时后，冷却，然后向反应产物中加入大量蒸馏水，反复清洗，过滤，烘干，得到的固体产物即为四氨基锌酞菁。

B. 双酚A二缩水环氧甘油醚的合成