[发明专利]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，本发明公开了一种超分子染料敏化剂及制备方法和应用，其中，制备方法包括步骤：以2,2'‑二辛可宁酸作为锚固分子，双咔唑类发色团作为天线分子，通过金属离子进行超分子自组装得到所述的超分子染料敏化剂，所述的超分子结构如下式A所示，通过这种自组装方法得到的超分子敏化剂具有优秀的光电性能，操作简便，不需要复杂的合成步骤，同时可以调控天线分子、金属离子以及锚固分子来调节器件的光谱响应能力和电荷注入性能等。

技术领域

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

背景技术

全球经济快速发展的同时也使人们面临着能源危机和环境污染两个严重问题，成为了人类社会可持续发展的重要瓶颈，因此许多科学家都致力于新能源的开发，期望能够实现清洁化以及可循环利用等目的。在众多的新能源中，太阳能具有极大的开发潜力，是人类可利用的最清洁的新能源之一，大规模的开发太阳能可以从根本上解决人们对于能源的需求，而光伏发电已成为太阳能利用的主要形式之一。

1991年，瑞士联邦高等工业学院的M.教授率先报道了染料敏化太阳能电池(Nature,1991,353,737-740)，简称DSSCs(dye-sensitized solar cells)，以较低的成本获得了高达7.1％的光电转换效率。染料敏化太阳能电池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，有望成为硅基太阳能电池的有力竞争者。染料敏化太阳能电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。一般纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物，比如TiO2、SnO2等，聚集在导电玻璃上作为负极，而对电极作为还原催化剂，最常用的为金属铂，染料敏化剂吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上，正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，比如碘基电解质。其中，染料敏化剂占用非常重要的地位，它很大程度上决定了器件的光子捕获能力和电荷注入性能，因此敏化剂的开发一直是研究者关注的重点方向之一。目前优秀的敏化剂比如N719、YD2-O-C8等的光电转换效率已经突破了13％，然而距离理论效率还有很大的差距，并且传统的敏化剂合成工艺复杂，因此开发新型高效的染料敏化剂具有很好的科学意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种超分子染料敏化剂及制备方法和应用，该敏化剂以长碳链修饰的双咔唑作为电子供体部分，通过天线分子以及锚固分子的吡啶N原子与金属离子进行配位自组装，得到双羧基锚固基团的超分子敏化剂。通过这种自组装方法得到的超分子敏化剂具有优秀的光电性能，操作简便，不需要复杂的合成步骤，同时可以调控天线分子、金属离子以及锚固分子来调节器件的光谱响应能力和电荷注入性能等。

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超分子染料敏化剂的制备方法，包括如下步骤：以2,2'-二辛可宁酸作为锚固分子，双咔唑类发色团作为天线分子，通过金属离子进行超分子自组装得到所述的超分子染料敏化剂，所述的超分子结构如下式A所示：

进一步的，所述锚固分子结构如式B所示，所述双咔唑类发色团天线分子如式C所示：

进一步的，所述金属离子为锌、锰、铬、镍、铜中的至少一种。

进一步的，包括如下步骤：

将TiO₂纳米晶薄膜先在一定浓度的锚固分子溶液中浸泡12-18小时，洗涤，干燥，再于的金属离子溶液中浸泡1-2小时，再在的天线分子溶液中进行超分子自组装12-18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，金属离子的溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种，天线分子的溶剂为乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的一种或几种。