[发明专利]吩噻嗪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，本发明公开了一种吩噻嗪超分子染料敏化剂及制备方法和应用。其中制备方法包括如下步骤：以2,2'‑联吡啶‑4,4'‑二甲酸作为锚固分子，吩噻嗪类发色团作为天线分子，通过锌离子进行吩噻嗪超分子自组装得到所述的吩噻嗪超分子染料敏化剂，所述的吩噻嗪超分子染料敏化剂结构如下式A所示。本发明方法可以通过调控天线分子和锚固分子来调节器件的光子捕获能力和电荷注入性能，对于高效染料的开发具有很好的指导意义。

技术领域

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

背景技术

随着能源危机和环境污染等问题的日益严重，新能源的开发利用已经成为人类迫在眉睫的任务之一。其中以太阳能利用为主的新能源具有极大的开发潜力，其资源丰富以及采集方便、清洁无污染等特性完全满足人类社会可持续发展的要求。目前人类对太阳能的利用主要有光、热和光伏发电等几种形式，其中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(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC)因具有成本低廉、易于组装以及能量转换效率较高等特点而受到了研究人员的广泛关注。一块完整的DSSC电池器件主要是由光阳极、敏化剂、电解质和对电极这四个部分构成。而DSSC的核心思想是利用染料敏化剂来吸收光子并产生电子，然后经介孔氧化物半导体基底来完成电子收集，因此染料敏化剂在其中起着至关重要的作用。自1991年问世以来，每次高效敏化剂的出现都使得器件的效率产生了新的突破，1993年N3染料直接将器件效率提高到了10％，2005年N719染料将效率进一步提高到了11.18％，2011年YD2-O-C8染料则实现了12.3％的高效率，2014年基于SM315染料的器件效率突破了13％，因此开发新型高效的敏化剂具有重要的科学意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种吩噻嗪超分子染料敏化剂及制备方法和应用，这种方法操作简便，不需要一般金属配合物的繁琐合成步骤，可以通过调控天线分子和锚固分子来调节器件的光子捕获能力和电荷注入性能，对于提高电池整体性能具有非常好的效果。

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吩噻嗪超分子染料敏化剂的制备方法，包括如下步骤：

以2,2'-联吡啶-4,4'-二甲酸作为锚固分子，吩噻嗪类发色团作为天线分子，通过锌离子进行吩噻嗪超分子自组装得到所述的吩噻嗪超分子染料敏化剂，所述的吩噻嗪超分子染料敏化剂结构如下式A所示：

进一步的，所述锚固分子结构图如式B所示，所述吩噻嗪类发色团天线分子如式C所示：

进一步的，所述锌离子应用二水合醋酸锌。

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浸泡12-18小时，洗涤，干燥，再于二水合醋酸锌溶液中浸泡2-4小时，再在天线分子吩噻嗪类发色团溶液中进行吩噻嗪超分子自组装4-8小时，洗涤，干燥，然后进行太阳能电池器件组装。

进一步的，所述的锚固分子的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、四氢呋喃中的一种或几种，二水合醋酸锌的溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种，吩噻嗪类发色团的溶剂为乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的一种或几种。

进一步的，所述的锚固分子浓度为1-3mmol，所述的二水合醋酸锌的浓度为1-3mmol，所述的吩噻嗪类发色团的浓度为0.5-1mmol。

第二方面，本发明实施例提供了一种吩噻嗪超分子染料敏化剂，所述的吩噻嗪超分子染料敏化剂由上述的任一种方法制备而得。