本发明属于电池材料制备技术领域，具体涉及一种宽光谱太阳能电池材料及其制备方法。
背景技术：
随着人类社会发展，不可再生能源资源日趋枯竭，能源问题成为当今社会关注的战略性问题之一。现在使用的能源多来源于开采的矿产资源，其中包括煤、石油和天然气等。然而这些不可再生资源是有限的，而且这种能源在开采、运输和使用过程中会污染环境。因此，发展利用科再生能源和新能源材料是当前世界必须解决的重大课题，其中对于太阳能电池材料的研究尤为活跃。
中国专利申请文献“宽光谱太阳能电池材料及其制备方法(申请公布号:CN1044409640A)”公开了一种宽光谱太阳能电池材料及其制备方法，组分及各组分质量份数如下：石墨10-30份、碳化硅2-5份、氮化硅3-8份、氧化铒0.8-1.5份、氧化铟锡2-8份、环戊烯并二噻吩20-30份、三碱式硫酸铅0.15-0.55份、自由基捕获剂1.5-8.5份、热稳定剂1-5份、紫外线吸收剂3-10份，还包括炭黑1-3份。该宽光谱太阳能电池材料具有良好的电子堆积性能，较高的载流子迁移率。但是其光转换效率却无法满足实际使用时的需求。
技术实现要素：
本发明提供一种宽光谱太阳能电池材料及其制备方法，以解决在中国专利申请文献“宽光谱太阳能电池材料及其制备方法(申请公布号:CN1044409640A)”公开的宽光谱太阳能电池材料光转换效率不足的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种宽光谱太阳能电池材料，包括以下原料：富勒烯、石墨、碳化硅、氮化硅、氧化铒、氧化铟锡、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑、聚吡咯、聚苯胺、环戊烯并二噻吩、苯并噻二唑、1,8-辛二硫醇、三碱式硫酸铅、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)、二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸酐二丁基锡、水杨酸苯酯、炭黑；
所述富勒烯、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑、聚吡咯的重量比为(40-60):(5-15):(3-6):(2-3):(2-6):(1-2)。
进一步的，所述富勒烯、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑、聚吡咯的重量比为48.9:9.6:3.2:2.4:4.7:1.4。
进一步的，以重量份为单位，包括以下原料:富勒烯40-60份、石墨8-16份、碳化硅4-8份、氮化硅3-6份、氧化铒2-5份、氧化铟锡1-5份、聚对亚苯基亚乙烯5-15份、齐聚噻吩3-6份、四噻吩基卟啉2-3份、聚乙烯基咔唑2-6份、聚吡咯1-2份、聚苯胺2-4份、环戊烯并二噻吩3-6份、苯并噻二唑1-3份、1,8-辛二硫醇2-4份、三碱式硫酸铅4-8份、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)2-6份、二月桂酸二丁基锡2-5份、月桂酸马来酸酐二丁基锡1-6份、水杨酸苯酯3-5份、炭黑4-8份。
本发明还提供一种宽光谱太阳能电池材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚苯胺、环戊烯并二噻吩、苯并噻二唑、1,8-辛二硫醇、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)、二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸酐二丁基锡和水杨酸苯酯混合均匀，升温至400-500℃，保温20-30min，接着于1500-2500r/min转速搅拌30-50min得到共聚物；
S2、将富勒烯、石墨、碳化硅、氮化硅、氧化铒、氧化铟锡、炭黑和三碱式硫酸铅混合均匀，升温至80-90℃，保温20-30min，接着于1500-2500r/min转速搅拌1-2h，然后加入聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯混合均匀，继续升温至120-140℃，保温15-35min，冷却至室温得到改性料；
S3、将共聚物和改性料混合均匀，升温至110-120℃，保温20-40min，然后于1500-1800r/min转速搅拌20-40min，接着以20-30℃/min的升温速率升温至750-850℃，然后于2600-2800r/min转速搅拌1-3h，冷却至室温得到宽光谱太阳能电池材料。
本发明具有以下有益效果:(1)由实施例1-3和对比例8的数据可见，施用实施例1-3宽光谱太阳能电池材料的光电转换效率显著提高；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-8的数据可见，富勒烯、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯在制备宽光谱太阳能电池材料中起到了协同作用，协同提高了宽光谱太阳能电池材料的光电转换效率，这是:以富勒烯为主料，由于富勒烯是有60个碳原子组成的球状分子，一个富勒烯分子最多可以被6个电子还原，这种球状共轭结构产生的特殊能级结构使其具有很好的光诱导电荷转移特性，富勒烯分子中单线态与三线态的系间窜越速度快，其窜越过程中的效率也很高，因此在给体材料和富勒烯的界面，被富勒烯接受的电子可以高效快速地由单体线态转移到三线态，从而防止电子由分子回到给体材料的逆过程，提高了电荷的转移效率。聚乙烯基咔唑、齐聚噻吩和聚吡咯具有电导率高，易于制备及掺杂、稳定性好、电化学可逆性强的特点，聚吡咯和齐聚噻吩一样，既难溶解又难熔化，很难与其它聚合物共混，在N原子上引入长链烷基也可以提高聚吡咯的溶解性，吡咯环中富含电子，是优良的电子供体。染料敏化层对降低电极的禁带宽度、增强其吸收太阳光的能力、提高转换效率具有重要的作用，四噻吩基卟啉作为敏化剂能够有效提高光电转换效率。富勒烯与共轭聚合物聚对亚苯基亚乙烯匹配型材电池的活性层，提高电池材料的稳定性，进一步提高了光电转换效率。同时控制富勒烯、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑、聚吡咯的重量比为(40-60):(5-15):(3-6):(2-3):(2-6):(1-2)，实现以富勒烯为主料，以聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯为辅料，实现聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯对富勒烯进行补强改性，作为一个整体运用到本发明的太阳能电池材料的制备中，有效提高了本发明的太阳能电池材料的光电转换效率。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，宽光谱太阳能电池材料，以重量份为单位，包括以下原料:富勒烯40-60份、石墨8-16份、碳化硅4-8份、氮化硅3-6份、氧化铒2-5份、氧化铟锡1-5份、聚对亚苯基亚乙烯5-15份、齐聚噻吩3-6份、四噻吩基卟啉2-3份、聚乙烯基咔唑2-6份、聚吡咯1-2份、聚苯胺2-4份、环戊烯并二噻吩3-6份、苯并噻二唑1-3份、1,8-辛二硫醇2-4份、三碱式硫酸铅4-8份、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)2-6份、二月桂酸二丁基锡2-5份、月桂酸马来酸酐二丁基锡1-6份、水杨酸苯酯3-5份、炭黑4-8份。
所述宽光谱太阳能电池材料的制备方法，包括以下步骤:
S1、将聚苯胺、环戊烯并二噻吩、苯并噻二唑、1,8-辛二硫醇、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)、二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸酐二丁基锡和水杨酸苯酯混合均匀，升温至400-500℃，保温20-30min，接着于1500-2500r/min转速搅拌30-50min得到共聚物；
S2、将富勒烯、石墨、碳化硅、氮化硅、氧化铒、氧化铟锡、炭黑和三碱式硫酸铅混合均匀，升温至80-90℃，保温20-30min，接着于1500-2500r/min转速搅拌1-2h，然后加入聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯混合均匀，继续升温至120-140℃，保温15-35min，冷却至室温得到改性料；
S3、将共聚物和改性料混合均匀，升温至110-120℃，保温20-40min，然后于1500-1800r/min转速搅拌20-40min，接着以20-30℃/min的升温速率升温至750-850℃，然后于2600-2800r/min转速搅拌1-3h，冷却至室温得到宽光谱太阳能电池材料。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种宽光谱太阳能电池材料，以重量份为单位，包括以下原料:富勒烯48.9份、石墨14.3份、碳化硅7.8份、氮化硅4.3份、氧化铒3.8份、氧化铟锡4.2份、聚对亚苯基亚乙烯9.6份、齐聚噻吩3.2份、四噻吩基卟啉2.4份、聚乙烯基咔唑4.7份、聚吡咯1.4份、聚苯胺3.8份、环戊烯并二噻吩4.2份、苯并噻二唑2.2份、1,8-辛二硫醇3.9份、三碱式硫酸铅5.7份、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)4.7份、二月桂酸二丁基锡3.8份、月桂酸马来酸酐二丁基锡4.5份、水杨酸苯酯4.3份、炭黑6.9份。
所述宽光谱太阳能电池材料的制备方法，包括以下步骤:
S1、将聚苯胺、环戊烯并二噻吩、苯并噻二唑、1,8-辛二硫醇、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)、二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸酐二丁基锡和水杨酸苯酯混合均匀，升温至465℃，保温26min，接着于1965r/min转速搅拌30-50min得到共聚物；
S2、将富勒烯、石墨、碳化硅、氮化硅、氧化铒、氧化铟锡、炭黑和三碱式硫酸铅混合均匀，升温至87℃，保温24min，接着于2465r/min转速搅拌1.4h，然后加入聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯混合均匀，继续升温至132℃，保温29min，冷却至室温得到改性料；
S3、将共聚物和改性料混合均匀，升温至115℃，保温38min，然后于1689r/min转速搅拌36min，接着以24℃/min的升温速率升温至842℃，然后于2765r/min转速搅拌2.3h，冷却至室温得到宽光谱太阳能电池材料。
实施例2
一种宽光谱太阳能电池材料，以重量份为单位，包括以下原料:富勒烯40份、石墨16份、碳化硅4份、氮化硅6份、氧化铒2份、氧化铟锡5份、聚对亚苯基亚乙烯5份、齐聚噻吩6份、四噻吩基卟啉2份、聚乙烯基咔唑6份、聚吡咯1份、聚苯胺4份、环戊烯并二噻吩3份、苯并噻二唑3份、1,8-辛二硫醇2份、三碱式硫酸铅8份、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)2份、二月桂酸二丁基锡5份、月桂酸马来酸酐二丁基锡1份、水杨酸苯酯5份、炭黑4份。
所述宽光谱太阳能电池材料的制备方法，包括以下步骤:
S1、将聚苯胺、环戊烯并二噻吩、苯并噻二唑、1,8-辛二硫醇、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)、二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸酐二丁基锡和水杨酸苯酯混合均匀，升温至400℃，保温30min，接着于1500r/min转速搅拌50min得到共聚物；
S2、将富勒烯、石墨、碳化硅、氮化硅、氧化铒、氧化铟锡、炭黑和三碱式硫酸铅混合均匀，升温至80℃，保温30min，接着于1500r/min转速搅拌2h，然后加入聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯混合均匀，继续升温至120℃，保温35min，冷却至室温得到改性料；
S3、将共聚物和改性料混合均匀，升温至110℃，保温40min，然后于1500r/min转速搅拌40min，接着以20℃/min的升温速率升温至850℃，然后于2600r/min转速搅拌3h，冷却至室温得到宽光谱太阳能电池材料。
实施例3
一种宽光谱太阳能电池材料，以重量份为单位，包括以下原料:富勒烯60份、石墨8份、碳化硅8份、氮化硅3份、氧化铒5份、氧化铟锡1份、聚对亚苯基亚乙烯15份、齐聚噻吩3份、四噻吩基卟啉3份、聚乙烯基咔唑2份、聚吡咯2份、聚苯胺2份、环戊烯并二噻吩6份、苯并噻二唑1份、1,8-辛二硫醇4份、三碱式硫酸铅4份、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)6份、二月桂酸二丁基锡2份、月桂酸马来酸酐二丁基锡6份、水杨酸苯酯3份、炭黑8份。
所述宽光谱太阳能电池材料的制备方法，包括以下步骤:
S1、将聚苯胺、环戊烯并二噻吩、苯并噻二唑、1,8-辛二硫醇、葵二酸双(2,2,6,6-四甲苯-4-哌啶酯)、二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸酐二丁基锡和水杨酸苯酯混合均匀，升温至500℃，保温20min，接着于2500r/min转速搅拌30min得到共聚物；
S2、将富勒烯、石墨、碳化硅、氮化硅、氧化铒、氧化铟锡、炭黑和三碱式硫酸铅混合均匀，升温至90℃，保温20min，接着于2500r/min转速搅拌1h，然后加入聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯混合均匀，继续升温至140℃，保温15min，冷却至室温得到改性料；
S3、将共聚物和改性料混合均匀，升温至120℃，保温20min，然后于1800r/min转速搅拌20min，接着以30℃/min的升温速率升温至750℃，然后于2800r/min转速搅拌1h，冷却至室温得到宽光谱太阳能电池材料。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备宽光谱太阳能电池材料的原料中缺少富勒烯、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备宽光谱太阳能电池材料的原料中缺少富勒烯。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备宽光谱太阳能电池材料的原料中缺少聚对亚苯基亚乙烯。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备宽光谱太阳能电池材料的原料中缺少齐聚噻吩。
对比例5
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备宽光谱太阳能电池材料的原料中缺少四噻吩基卟啉。
对比例6
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备宽光谱太阳能电池材料的原料中缺少聚乙烯基咔唑。
对比例7
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备宽光谱太阳能电池材料的原料中缺少聚吡咯。
对比例8
采用中国专利申请文献“宽光谱太阳能电池材料及其制备方法(申请公布号:CN1044409640A)”实施例1-7的工艺制备太阳能电池材料。
对实施例1-3和对比例1-8的宽光谱太阳能电池材料进行各项指标检测，得到的检测结果如下表:
由上表可知:(1)由实施例1-3和对比例8的数据可见，施用实施例1-3宽光谱太阳能电池材料的光电转换效率显著提高；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-8的数据可见，富勒烯、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯在制备宽光谱太阳能电池材料中起到了协同作用，协同提高了宽光谱太阳能电池材料的光电转换效率，这是:以富勒烯为主料，由于富勒烯是有60个碳原子组成的球状分子，一个富勒烯分子最多可以被6个电子还原，这种球状共轭结构产生的特殊能级结构使其具有很好的光诱导电荷转移特性，富勒烯分子中单线态与三线态的系间窜越速度快，其窜越过程中的效率也很高，因此在给体材料和富勒烯的界面，被富勒烯接受的电子可以高效快速地由单体线态转移到三线态，从而防止电子由分子回到给体材料的逆过程，提高了电荷的转移效率。聚乙烯基咔唑、齐聚噻吩和聚吡咯具有电导率高，易于制备及掺杂、稳定性好、电化学可逆性强的特点，聚吡咯和齐聚噻吩一样，既难溶解又难熔化，很难与其它聚合物共混，在N原子上引入长链烷基也可以提高聚吡咯的溶解性，吡咯环中富含电子，是优良的电子供体。染料敏化层对降低电极的禁带宽度、增强其吸收太阳光的能力、提高转换效率具有重要的作用，四噻吩基卟啉作为敏化剂能够有效提高光电转换效率。富勒烯与共轭聚合物聚对亚苯基亚乙烯匹配型材电池的活性层，提高电池材料的稳定性，进一步提高了光电转换效率。同时控制富勒烯、聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑、聚吡咯的重量比为(40-60):(5-15):(3-6):(2-3):(2-6):(1-2)，实现以富勒烯为主料，以聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯为辅料，实现聚对亚苯基亚乙烯、齐聚噻吩、四噻吩基卟啉、聚乙烯基咔唑和聚吡咯对富勒烯进行补强改性，作为一个整体运用到本发明的太阳能电池材料的制备中，有效提高了本发明的太阳能电池材料的光电转换效率。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。