[发明专利]一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法

说明书

一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法，属于染料敏化太阳能电池领域。该方法通过共价多孔聚合物材料COP微量掺杂纳米半导体光阳极，增强光阳极膜对可以见光的吸收；增大光阳极膜的比表面积，有效提高染料分子的负载量；同时大颗粒的COP材料增强光阳极膜的散射能力，增强光程，实现协同提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率的目的。

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种敏化太阳能电池的新材料及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，研发太阳能电池通过光电转换技术将太阳能直接转换成电能是太阳能最有效的利用方式之一。染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其工艺简单、成本低廉、光电转换效率高、绿色环保、寿命长等优良性能，有着良好的应用前景和市场潜力，近年受到很大关注并取得一定进展。

1991年，瑞士洛桑联邦高等工业学院的教授及其研究小组采用吸附敏化染料的纳米晶TiO2多孔薄膜作为光阳极，首次研制出光电转化效率达7.1％～7.9％的纳米晶染料敏化太阳能电池。然而目前，DSSC的研究中还存在一些亟待解决的重要问题,尤其是光电转换效率的进一步提高。共价有机聚合物(COP)由于其杰出的特性，如：独特的多孔结构、高比表面积、可调孔径、荧光性等，吸引越来越多人的兴趣。将COP-64修饰TiO2用于DSSC中，可有效调节TiO2能带，增强可见光吸收能力，同时，COP-64修饰TiO2能够增强光阳极的漫反射能力，增大比表面积而吸收更多的染料，从而有效提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法，该方法通过合成了一种共价多孔聚合物材料(Covalent Organic polymers:COP)对纳米晶二氧化钛光阳极进行微量掺杂以调节TiO2能带宽度，并增强吸光能力及范围，从而可从太阳中吸收更多的光子，获得高效的电荷分离，最终达到显著提高染料敏化太阳能电池光电转换效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，将共价多孔聚合物COP应用到光阳极材料中。

应用物理法或者化学方法将共价多孔聚合物COP掺杂到光阳极材料中，或者原位生长一层共价多孔聚合物COP在光阳极表面。

共价多孔聚合物COP材料是六元环结构的二维COP材料，应用1,3,5对称性平面单体构筑的六元环结构的二维COP材料。1,3,5对称性平面单体包括但不限于1,3,5-三(4-溴苯基)苯、三(4-溴苯基)胺、1,3,5-三(4-溴苯基)苯、1,3,6,8-四溴笓。优选借助于Ni(0)催化的Yamamoto-type Ullmann偶联反应，采用1,3,5-三(4-溴苯基)苯、三(4-溴苯基)胺、1,3,5-三(4-溴苯基)苯、1,3,6,8-四溴笓等1,3,5对称性平面单体中的一种或几种聚合偶联制得COP系列材料。

使用粒径5-50nm TiO2作为电子传输层材料，使用粒径50-1000nm TiO2作为散射层材料。采用丝网印刷技术，印刷不同的次数来调控光阳极膜的厚度。其中优选COP与TiO2的质量百分比不大于300％，优选为0.05-3％。