[發明專利]一種提高染料敏化太陽能電池光電轉換效率的方法

有效

• 申請號: 201610204216.9
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105632773B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 向中華;楊情情;萬剛
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

一種提高染料敏化太陽能電池光電轉換效率的方法，屬于染料敏化太陽能電池領域。該方法通過共價多孔聚合物材料COP微量摻雜納米半導體光陽極，增強光陽極膜對可以見光的吸收；增大光陽極膜的比表面積，有效提高染料分子的負載量；同時大顆粒的COP材料增強光陽極膜的散射能力，增強光程，實現協同提高染料敏化太陽能電池的光電轉化效率的目的。

技術領域

本發明屬于染料敏化太陽能電池領域，具體涉及一種敏化太陽能電池的新材料及其制備方法。

背景技術

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，研發太陽能電池通過光電轉換技術將太陽能直接轉換成電能是太陽能最有效的利用方式之一。染料敏化太陽能電池(DSSC)由于其工藝簡單、成本低廉、光電轉換效率高、綠色環保、壽命長等優良性能，有著良好的應用前景和市場潛力，近年受到很大關注并取得一定進展。

1991年，瑞士洛桑聯邦高等工業學院的教授及其研究小組采用吸附敏化染料的納米晶TiO2多孔薄膜作為光陽極，首次研制出光電轉化效率達7.1％～7.9％的納米晶染料敏化太陽能電池。然而目前，DSSC的研究中還存在一些亟待解決的重要問題,尤其是光電轉換效率的進一步提高。共價有機聚合物(COP)由于其杰出的特性，如：獨特的多孔結構、高比表面積、可調孔徑、熒光性等，吸引越來越多人的興趣。將COP-64修飾TiO2用于DSSC中，可有效調節TiO2能帶，增強可見光吸收能力，同時，COP-64修飾TiO2能夠增強光陽極的漫反射能力，增大比表面積而吸收更多的染料，從而有效提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種提高染料敏化太陽能電池光電轉換效率的方法，該方法通過合成了一種共價多孔聚合物材料(Covalent Organic polymers:COP)對納米晶二氧化鈦光陽極進行微量摻雜以調節TiO2能帶寬度，并增強吸光能力及范圍，從而可從太陽中吸收更多的光子，獲得高效的電荷分離，最終達到顯著提高染料敏化太陽能電池光電轉換效率。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種提升染料敏化太陽能電池效率的方法，其特征在于，將共價多孔聚合物COP應用到光陽極材料中。

應用物理法或者化學方法將共價多孔聚合物COP摻雜到光陽極材料中，或者原位生長一層共價多孔聚合物COP在光陽極表面。

共價多孔聚合物COP材料是六元環結構的二維COP材料，應用1,3,5對稱性平面單體構筑的六元環結構的二維COP材料。1,3,5對稱性平面單體包括但不限于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。優選借助于Ni(0)催化的Yamamoto-type Ullmann偶聯反應，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對稱性平面單體中的一種或幾種聚合偶聯制得COP系列材料。

使用粒徑5-50nm TiO2作為電子傳輸層材料，使用粒徑50-1000nm TiO2作為散射層材料。采用絲網印刷技術，印刷不同的次數來調控光陽極膜的厚度。其中優選COP與TiO2的質量百分比不大于300％，優選為0.05-3％。