[發明專利]用于染料敏化太陽能電池的花青素改性方法

有效

• 申請號: 201810810279.8
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108806991B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 楊桂軍;王剛;林紅;陳慧媛;南輝;韋浩民;張萬軍;李春梅
• 申請（專利權）人: 青海大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 51241 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 李鵬

本發明涉及一種用于染料敏化太陽能電池的花青素改性方法，屬于太陽能電池材料制備技術領域，在酸性條件下，利用高錳酸鉀對花青素進行強氧化反應，將其中的伯醇羥基強氧化為羧基，以提高花青素在TiO₂薄膜上的吸附量。本發明首次提供了對用于染料敏化太陽能電池的花青素進行強氧化的方法，提高染料的吸附量進而能夠提高染料敏化太陽能電池光電性能的優點，具有制備方法簡單易行，反應易于控制，原料豐富等特點。

技術領域

本發明涉及一種用于染料敏化太陽能電池的花青素改性方法，屬于太陽能電池材料制備技術領域。

背景技術

染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell，簡稱DSC)，又叫“Gratzel”電池，是1991年瑞士洛桑聯邦理工(EPFL)的M·Gratzel教授的團隊發明的一種新型高效太陽能電池。該電池不僅制作工藝簡單，而且可以做成可彎曲的，彩色的，可用于建筑外墻也可作為裝飾。DSC的理論轉換效率很高，可達33％，超過單晶硅基太陽能電池的理論轉換效率。基于以上原因，DSC也因而被認為是傳統硅基電池的有力競爭者與替代者，在全球學術界與工業界吸引著越來越多的研究熱情。

染料敏化太陽能電池(DSC)是模擬植物光合作用進行光電轉換的一種電池，其中染料敏化劑是DSC的關鍵組成部分之一，它吸附于納米多孔TiO₂薄膜上，具有吸收太陽光產生光電子，并將光電子注入到TiO₂的導帶中的作用。作為DSC的染料敏化劑需要對太陽光有良好的吸收性能，帶有可以與TiO₂發生化學吸附的基團(如羥基、羧基、磷酸基等)，能夠向TiO₂注入電子以及比較好的穩定性等。目前人們已經合成出了近千種染料，其中以釕的聯吡啶配合物的光電性能最好，但由于它的成本比較高，合成困難，在一定程度上限制了它的大規模的使用。

天然染料敏化劑是直接從植物中提取的，獲得染料的過程相對簡單，生產成本較低，且與環境友好，但是天然染料敏化劑作為DSC的染料敏化劑存在著一定的不足，導致染料敏化劑在TiO₂薄膜上的吸附量不高，光電轉換效率不高。

發明內容

本發明的目的在于解決現有花青素敏化劑在TiO₂薄膜上的吸附量不高，提出了一種對天然花青素進行改性的方法，用以提高花青素敏化太陽能電池的性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

用于染料敏化太陽能電池的花青素改性方法，在酸性條件下，利用高錳酸鉀對花青素進行強氧化反應，將其中的伯醇羥基強氧化為羧基，以提高花青素在TiO₂薄膜上的吸附量。

用于染料敏化太陽能電池的花青素改性方法，其包括以下步驟：

1)配制高錳酸鉀溶液并進行標定，測得KMnO₄的濃度為：

C(KMnO₄)＝0.0210mol/L；

2)以蒸餾水為溶劑，配制花青素的濃度為：0.2g/L；

3)配制0.01mol/L的鹽酸溶液；

4)配制0.01mol/L的氫氧化鈉溶液；

5)取步驟1)配制的高錳酸鉀溶液10ml，加入步驟3)配制的鹽酸溶液5ml，并放在磁力攪拌器上進行攪拌，轉速300轉/分；

6)取花青素溶液10ml，緩慢加入到步驟5)正在攪拌的酸性高錳酸鉀溶液中，在室溫下反應45min，完成強氧化反應；

7)反應完成后將步驟6)得到的產物全部倒入離心管中進行低速離心分離，將色素與二氧化錳沉淀分離；

8)將步驟7)所得到的色素中加入5ml的氫氧化鈉溶液；