本发明公开了一种染料敏化太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池制备技术领域。
背景技术：
随着全球能源危机和环境污染的日益严峻，开发利用新型的可再生清洁能源成为维持人类社会可持续、健康发展的重要举措。其中，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭、不产生任何环境污染的可再生清洁能源，利用太阳能电池进行光伏发电是目前太阳能利用研究的重要内容。
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。其中，染料敏化太阳能电池（DSSC）作为一种有效低廉的光电转换设备，近几年得到了极大的发展。
染料敏化太阳能电池被称作湿式太阳能电池或者格兰泽尔（Graetzel）电池等，其特征是不采用硅半导体而具有使用电解液的电化学电池结构。例如具有如下的简易结构：在多孔半导体层与由导电玻璃板（导电基板）等构成的对电极（阴极电极）之间将碘溶液等作为电解质配置，其中多孔半导体层为在透明的导电玻璃板等的阳极电极上烧结二氧化钛粉末等并在其上吸附染料而形成的氧化钛层等。染料敏化太阳能电池其主要优势有：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。
但是，现有的染料敏化太阳能电池存在光电转化率低，利用光谱范围小的问题。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对现有的染料敏化太阳能电池存在光电转化率低，利用光谱范围小的问题，提供一种染料敏化太阳能电池的制备方法，该方法首先通过将白矢车菊素与4-丙氧基氯丁烷进行取代反应，然后再用氯取代烷基上的氢，再与经溴代、氧化后的物质进行反应得到改性光敏染料，再用自制的氧化钛膜浸泡入改性光敏染料溶液中，然后干燥后与石墨制成染料光敏化太阳能电池。本发明制备的太阳能电池光电转化率达到了40～45%，并且可以利用红外光区的能量，本发明工艺简单，生产成本低，制得的染料敏化太阳能电池经久耐用，对环境适应性强，能有效延长电池使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取10～20g白矢车菊素加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在80～90℃，再依次加入100～200mL无水乙醇、1～3g无水氯化铝、8～10g4-丙氧基氯丁烷，搅拌反应2～3h，得到4-丙氧基丁烷取代白矢车菊素，再加入2～4g铁粉，再以1～3L/min的速率通入0.3～0.5L氯化氢气体，搅拌反应2～3h，得到氯取代产物；
（2）称取15～20g靛蓝加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在70～80℃，再依次加入100～200mL无水乙醇、2～4g铁粉，搅拌2～3min，再加入5～10mL液溴，搅拌反应2～3h，再加入10～20mL质量浓度为28～30%双氧水，搅拌反应1～2h，再加入上述氯取代产物，搅拌3～4h，得到改性光敏染料，备用；
（3）称取5～8g二氧化钛粉末加入到研钵中，研磨2～4min，然后再加入50～60mL质量浓度为10～20%硝酸溶液，继续研磨1～2h，取3～5g研磨后的物料均匀涂抹到3×3cm的洁净玻璃上，自然风干2～3h，然后再置于马弗炉中，在500～600℃煅烧20～30min，再自然冷却至室温，将薄膜取出，得到氧化钛膜；（4）将上述步骤（2）备用的改性光敏染料加入到烧杯中，再加入100～200mL去离子水，搅拌20～30min，得到染料溶液，将上述氧化钛薄膜浸泡到染料溶液中，浸泡12～14h，取出薄膜，将薄膜用去离子水洗涤3～5次，再自然风干6～7h，得到光阳极；
（5）取一块3×3cm导电玻璃，用石墨将玻璃表面涂覆一层2～4cm厚的碳层，将光阳极放置到碳层上，即可得到一种染料光敏化太阳能电池。
本发明的应用方法是：将本发明制得的染料敏化太阳能电池均匀排布成光伏列阵固定在房顶，以便电池吸收太阳光，进行光电转换。经检测，在辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃的条件下，本发明制得的染料敏化太阳能电池对太阳光的光电转换效率达40～45%，相对于现有的染料敏化太阳能电池效率提高了15～25%，具有十分广阔的产业化前景。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备的染料敏化太阳能电池具有制作成本低、对太阳光利用率和转化率高的优点；
（2）本发明工艺简单，生产成本低，制得的染料敏化太阳能电池经久耐用，对环境适应性强，能有效延长电池使用寿命。
具体实施方式
首先称取10～20g白矢车菊素加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在80～90℃，再依次加入100～200mL无水乙醇、1～3g无水氯化铝、8～10g4-丙氧基氯丁烷，搅拌反应2～3h，得到4-丙氧基丁烷取代白矢车菊素，再加入2～4g铁粉，再以1～3L/min的速率通入0.3～0.5L氯化氢气体，搅拌反应2～3h，得到氯取代产物；称取15～20g靛蓝加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在70～80℃，再依次加入100～200mL无水乙醇、2～4g铁粉，搅拌2～3min，再加入5～10mL液溴，搅拌反应2～3h，再加入10～20mL质量浓度为28～30%双氧水，搅拌反应1～2h，再加入上述氯取代产物，搅拌3～4h，得到改性光敏染料，备用；称取5～8g二氧化钛粉末加入到研钵中，研磨2～4min，然后再加入50～60mL质量浓度为10～20%硝酸溶液，继续研磨1～2h，取3～5g研磨后的物料均匀涂抹到3×3cm的洁净玻璃上，自然风干2～3h，然后再置于马弗炉中，在500～600℃煅烧20～30min，再自然冷却至室温，将薄膜取出，得到氧化钛膜；将上述步骤备用的改性光敏染料加入到烧杯中，再加入100～200mL去离子水，搅拌20～30min，得到染料溶液，将上述氧化钛薄膜浸泡到染料溶液中，浸泡12～14h，取出薄膜，将薄膜用去离子水洗涤3～5次，再自然风干6～7h，得到光阳极；取一块3×3cm导电玻璃，用石墨将玻璃表面涂覆一层2～4cm厚的碳层，将光阳极放置到碳层上，即可得到一种染料光敏化太阳能电池。
实例1
首先称取10g白矢车菊素加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在80℃，再依次加入100mL无水乙醇、1g无水氯化铝、8g4-丙氧基氯丁烷，搅拌反应2h，得到4-丙氧基丁烷取代白矢车菊素，再加入2g铁粉，再以1L/min的速率通入0.3L氯化氢气体，搅拌反应2h，得到氯取代产物；称取15g靛蓝加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在70℃，再依次加入100mL无水乙醇、2g铁粉，搅拌2min，再加入5mL液溴，搅拌反应2h，再加入10mL质量浓度为28%双氧水，搅拌反应1h，再加入上述氯取代产物，搅拌3h，得到改性光敏染料，备用；称取5g二氧化钛粉末加入到研钵中，研磨2min，然后再加入50mL质量浓度为10%硝酸溶液，继续研磨1h，取3g研磨后的物料均匀涂抹到3×3cm的洁净玻璃上，自然风干2h，然后再置于马弗炉中，在500℃煅烧20min，再自然冷却至室温，将薄膜取出，得到氧化钛膜；将上述步骤备用的改性光敏染料加入到烧杯中，再加入100mL去离子水，搅拌20min，得到染料溶液，将上述氧化钛薄膜浸泡到染料溶液中，浸泡12h，取出薄膜，将薄膜用去离子水洗涤3次，再自然风干6h，得到光阳极；取一块3×3cm导电玻璃，用石墨将玻璃表面涂覆一层2cm厚的碳层，将光阳极放置到碳层上，即可得到一种染料光敏化太阳能电池。
本实例操作简便，使用时，将本发明制得的染料敏化太阳能电池均匀排布成光伏列阵固定在房顶，以便电池吸收太阳光，进行光电转换。经检测，在辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃的条件下，本发明制得的染料敏化太阳能电池对太阳光的光电转换效率达40%，相对于现有的染料敏化太阳能电池效率提高了15%，具有十分广阔的产业化前景。
实例2
首先称取15g白矢车菊素加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在85℃，再依次加入150mL无水乙醇、2g无水氯化铝、9g4-丙氧基氯丁烷，搅拌反应2.5h，得到4-丙氧基丁烷取代白矢车菊素，再加入3g铁粉，再以2L/min的速率通入0.4L氯化氢气体，搅拌反应2.5h，得到氯取代产物；称取18g靛蓝加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在75℃，再依次加入150mL无水乙醇、3g铁粉，搅拌2min，再加入8mL液溴，搅拌反应2.5h，再加入15mL质量浓度为29%双氧水，搅拌反应1.5h，再加入上述氯取代产物，搅拌3.5h，得到改性光敏染料，备用；称取6g二氧化钛粉末加入到研钵中，研磨3min，然后再加入55mL质量浓度为15%硝酸溶液，继续研磨1.5h，取4g研磨后的物料均匀涂抹到3×3cm的洁净玻璃上，自然风干2.5h，然后再置于马弗炉中，在550℃煅烧25min，再自然冷却至室温，将薄膜取出，得到氧化钛膜；将上述步骤备用的改性光敏染料加入到烧杯中，再加入150mL去离子水，搅拌25min，得到染料溶液，将上述氧化钛薄膜浸泡到染料溶液中，浸泡13h，取出薄膜，将薄膜用去离子水洗涤4次，再自然风干6.5h，得到光阳极；取一块3×3cm导电玻璃，用石墨将玻璃表面涂覆一层3cm厚的碳层，将光阳极放置到碳层上，即可得到一种染料光敏化太阳能电池。
本实例操作简便，使用时，将本发明制得的染料敏化太阳能电池均匀排布成光伏列阵固定在房顶，以便电池吸收太阳光，进行光电转换。经检测，在辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃的条件下，本发明制得的染料敏化太阳能电池对太阳光的光电转换效率达43%，相对于现有的染料敏化太阳能电池效率提高了16%，具有十分广阔的产业化前景。
实例3
首先称取20g白矢车菊素加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在90℃，再依次加入200mL无水乙醇、3g无水氯化铝、10g4-丙氧基氯丁烷，搅拌反应3h，得到4-丙氧基丁烷取代白矢车菊素，再加入4g铁粉，再以3L/min的速率通入0.5L氯化氢气体，搅拌反应3h，得到氯取代产物；称取20g靛蓝加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制温度在80℃，再依次加入200mL无水乙醇、4g铁粉，搅拌3min，再加入10mL液溴，搅拌反应3h，再加入20mL质量浓度为30%双氧水，搅拌反应2h，再加入上述氯取代产物，搅拌4h，得到改性光敏染料，备用；称取8g二氧化钛粉末加入到研钵中，研磨4min，然后再加入60mL质量浓度为20%硝酸溶液，继续研磨2h，取5g研磨后的物料均匀涂抹到3×3cm的洁净玻璃上，自然风干3h，然后再置于马弗炉中，在600℃煅烧30min，再自然冷却至室温，将薄膜取出，得到氧化钛膜；将上述步骤备用的改性光敏染料加入到烧杯中，再加入200mL去离子水，搅拌30min，得到染料溶液，将上述氧化钛薄膜浸泡到染料溶液中，浸泡14h，取出薄膜，将薄膜用去离子水洗涤5次，再自然风干7h，得到光阳极；取一块3×3cm导电玻璃，用石墨将玻璃表面涂覆一层4cm厚的碳层，将光阳极放置到碳层上，即可得到一种染料光敏化太阳能电池。
本实例操作简便，使用时，将本发明制得的染料敏化太阳能电池均匀排布成光伏列阵固定在房顶，以便电池吸收太阳光，进行光电转换。经检测，在辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃的条件下，本发明制得的染料敏化太阳能电池对太阳光的光电转换效率达45%，相对于现有的染料敏化太阳能电池效率提高了18%，具有十分广阔的产业化前景。