专利名称：一种多核芳烃光敏材料和由其制备的染料敏化太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多核芳烃光敏材料，尤其涉及一种自重质油分离的多核芳烃光敏材料，以及由其制备的染料敏化太阳能电池。
背景技术：
当今，全世界已探明天然重质原油储量15500亿吨，远高于常规原油储量。这些原油经炼制转化或提取轻质分后的高沸点碳烃组分累计有50%以上的巨量重质渣油，具有分子量大、粘度高、沸点高及氢碳比高等特性，需开发轻质化新工艺新方法，以有效缓解世界能源危机。但是，直接转化会造成碳过度排放及愈演愈烈的温室效应，不知要给地球环境带来多么难以承受的巨大负担，严重威胁人类生存。开辟重质渣油洁净与可持续的转化利用方式不仅十分迫切，也对利用这类极丰富原料创建新能源的应用有巨大的实际意义。在现有技术中，瑞士 1991年报道高效染料敏化太阳电池(Nature 1991， 353，737)，该染料光敏剂采用有机多核芳烃与金属钌的配合物，该染料敏化太阳电池 (DSSC)的光电转换效率接近硅电池，其制造成本仅为硅电池的1/10，实用性强。染料敏化剂含贵金属的金属有机敏化剂被认为光电转化效率最高，如多吡啶钌配合物(J.Am. Chem. Soc. 2008, 130，10720 -10728)的光电转化效率高达10%以上。此外，还有数百种这类有机染料被用于太阳能电池。然而，由于这类金属有机敏化剂电池的稳定性差、成本高及贵金属资源有限性，限制其规模化实际应用。与多吡啶钌配合物相比，不含贵金属的有机染料具有成本低、消光系数高和结构可调控性强等特点，这类有机敏化剂通常采用有机合成、分离方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2009，48，M74 -2499)获得，这些现有技术所用的染料敏化剂主要是金属与芳烃络合物，具有天然毒性，耐环境性差。现有技术中的重质油是沸点500 ° C以上的一种原油，或者是原油经高温热处理形成的重质组分。重质油富集有80%以上的耐高温多核稠环、极性或非极性芳烃及杂环类如卟啉、噻吩等。这些多核芳烃分子的复杂链接、桥联与聚并，形成典型的芳核骨架共轭结构，这些共轭结构的部分成份具有光敏性与共敏性。通常，芳香环的Sp2平面扭转构象， 及其前线轨道能级的电子跃迁，将产生不同强度的荧光效应，很容易吸收太阳光的400 nm 760 nm可见光和200 nm 400 nm紫外光。重质油多核芳烃的芳环骨架结构，具有吸收光后易产生电子跃迁的特性及天然稳定性与光敏活性。将重质油组分按照芳香份分离(李勇志，邓先梁，俞惟乐.1998，26 (3) :28(Γ284)，利用其多核芳烃结构及较低的电子跃迁能，提高对紫外光谱的吸收波段。显然，现有技术报道的光敏剂都是经有机合成方法得到的，尚未见采用原油中的重质油或者采用原油经过炼制工艺所得的重质油，经分离制备太阳能所需的光敏材料的报道，尤其是其用于制备太阳能电池的报道
发明内容
本发明提供以重质油原料，分离富集具有典型的芳核骨架共轭结构，及具有良好的光、热和化学稳定性的有机光敏成分，并在可见光区产生强特征电子吸收光谱的多核芳烃和高效染料敏化太阳电池。本发明提供的重质油分离多核芳烃具有如下的化学结构式分子或由这些结构式的一种或几种分子所组成的共混物。
权利要求
1.本发明提供一种多核芳烃的光敏材料，其特征是具有如下的化学结构式的分子或由这些化学结构式的一种或几种分子所组成的共混物。
2.根据权利要求1，所述的固定相是氧化铝、硅胶、白土、氧化铝与硅胶键合固定相、 十八烷基硅烷处理的反相高效液相色谱柱、喹啉醚基键合硅胶固定相或反相CN/C18组合柱。
3.根据权利要求1，所述的流动相是氯仿、二氯甲烷、甲醇、乙醇、乙腈、己烷、环己烷、 石油醚、苯或甲苯。
4.根据权利要求1，所述的重质油原料是炼油催化裂化渣油、原油减压分离渣油、原油常减压富集的富芳渣油或超临界后抽提渣油，优选原油减压分离渣油或原油常减压富集的富芳渣油。
5.根据权利要求1，所述的重质油多核芳烃作为敏化剂制备染料敏化太阳能电池，其特征在于，由透明基底层、导电层、光吸收层、电解质层和对电极构成，光吸收层由半导体纳米粒子层和染料层经调制而构成。
6.根据权利要求5，所述的透明基底层是玻璃基底或塑料。
7.根据权利要求6，所述的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺、三乙酰胺基纤维素或聚醚砜其中的任意一种材料构成。
8.根据权利要求5，所述的导电层由氧化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO)、ZnO-Ga2O3、 SiO-Al2O3、锡基氧化物、氧化锑锡(ATO)或者氧化锌中的任意一种构成。
9.根据权利要求5，所述的半导体纳米粒子层的半导体纳米粒子为Si、Ti02、Sn02、ai0、 W03> Nb2O5或TiSrO3中的任意一种。所述半导体纳米粒子的平均粒径在5-lOOnm。
10.根据权利要求5，所述的电解质层是以碘/碘化锂电解质，离子液体，或者有机空穴传输材料中的任意一种构成。
11.根据权利要求5，所述的对电极由Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物中任意一个或多个组成。
12.根据权利要求11，所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔，或者聚醚中的任意一种或多种聚合物组成。
全文摘要
本发明提供了一种重质油多核芳烃光敏材料，具有良好的光、热和化学稳定性，在可见光区有强的特征电子吸收光谱。以重质油为原料，制备40-200目功能固定相，优选液相色谱分离条件得到的多核芳烃，吸收光谱在450nm附近，且光谱响应宽、摩尔消光系数高，结构可调控性强。用该光敏剂材料与光阳极、阴极及电解液制备染料敏化太阳能电池，光电转换效率达到了0.15%，它对于新能源的发展及重质油的高附加值利用有巨大的经济社会意义。
文档编号C09B67/54GK102382484SQ20101026802
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者李琳, 柯扬船 申请人:中国石油大学(北京)