一种含有联噻吩染料敏化分子的染料敏化太阳能电池器件

本发明涉及太阳能电池，具体为一种含有联噻吩染料敏化分子的染料敏化太阳能电池器件。

背景技术：

1、染料敏化太阳能电池具有结构绿色环保、良好的光吸收能力性能好、光电转换能力效率高等优点，在太阳能电池中具有广阔的发展前景。通常情况下，有机小分子染料的前线分子轨道能可以体现太阳能电池的能量转化效率，能隙越窄，越有利于促进染料分子内电荷从供体到受体的转移。促进染料分子在紫外-可见光区域的吸收。因此改进染料分子的结构是提高染料敏化太阳能电池性能的有效策略。如专利cn108795089b《基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用》，公开了以烷氧基苯基为电子供体，二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑为共轭π桥，苯并噻二唑-苯-羧基为电子受体和锚固基团，合成了一系列新型的d-π-a结构纯有机染料，有效地拓宽染料的吸光范围和提高摩尔消光系数，促进分子内电荷转移，进而提高了染料敏化太阳电池的光电转换效率。

2、d-a交替的方法是设计窄带隙的共轭聚合物有效的方法，当在d和a单元之间引入噻吩单元等π桥结构，可以减少空间位阻，提高平面性，有机共轭聚合物的一个独特的优点是它们的光电性质可以容易地通过在聚合物主链上引入官能团来调节。相对于噻吩桥，联噻吩桥上有更多的取代位置可以引入取代基来调节共聚物的前线分子轨道能级和能隙值。如专利cn106977528b《含三噻吩并吡咯-噻吩的有机染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用》，公开了以三苯胺为电子给体，氰基丙烯酸为电子受体，三噻吩并吡咯-噻吩单元为共轭桥连，通过在三噻吩并吡咯-噻吩共轭桥侧边两端引入长烷基链，来抑制染料聚集，减缓电池界面电子复合，具有高光电转化效率。

3、本发明通过在含有联噻吩染料敏化分子的联噻吩桥上引入不同的取代基团，实现提高染料敏化太阳能电池器件的基态结构、光电和电荷的传输性质。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明通过含有联噻吩染料敏化分子的联噻吩桥上引入不同的取代基团，实现提高染料敏化太阳能电池器件的基态结构、光电和电荷的传输性质。

3、(二)技术方案

4、一种含有联噻吩染料敏化分子的染料敏化太阳能电池器件，染料敏化太阳能电池器件的制备方法为：

5、(1)将氟掺杂氧化锡导电玻璃进行清洗，然后加入到四氯化钛的水溶液中，升温至60-85℃，浸渍0.5-1h，然后取出氟掺杂氧化锡导电玻璃，去离子水、乙醇洗涤后，将导电玻璃在电阻炉中，空气氛围中煅烧0.5-1h，得到活性的氟掺杂氧化锡导电玻璃；

6、(2)将纳米二氧化钛加入到蒸馏水中，然后滴加乙酰丙酮，超声分散均匀后，然后滴加醋酸镁的溶液和表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚，超声分散20-40min，得到纳米二氧化钛分散液；

7、(3)将纳米二氧化钛加入到正丁醇溶剂中，超声分散均匀后，然后依次加入乙基纤维素、乙酰丙酮、醋酸镁水溶液，超声分散1-3h，得到纳米二氧化钛-纤维素分散液；

8、(4)将纳米二氧化钛分散液涂覆在活性的氟掺杂氧化锡导电玻璃表面，干燥形成膜1，然后再涂覆纳米二氧化钛-纤维素分散液，干燥形成膜2，然后将导电玻璃在电阻炉中，空气氛围升温煅烧0.5-1h，得到纳米二氧化钛负载导电玻璃；

9、(5)将煅烧后的导电玻璃再置于四氯化钛的水溶液中，升温至60-85℃，浸渍1-2h，取出后去离子水、乙醇洗涤后，再置于电阻炉中，空气氛围升温煅烧0.5-1h，得到活化的纳米二氧化钛负载导电玻璃；

10、(6)将联噻吩染料敏化分子溶解到乙酸乙酯溶剂中，然后加入活化的纳米二氧化钛负载导电玻璃，浸渍18-36h，取出后进行干燥，然后在导电玻璃表面滴加液态电解质，制成染料敏化太阳能电池电极，以铂片作为对电极，进行组装，得到含有联噻吩染料敏化分子的染料敏化太阳能电池器件。

11、优选的，(2)中纳米二氧化钛、乙酰丙酮、醋酸镁、表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚的重量比例为100:2-4:0.08-0.15:8-12。

12、优选的，(3)中纳米二氧化钛、乙基纤维素、乙酰丙酮和醋酸镁的重量比例为100:80-130:30-45:0.02-0.04。

13、优选的，(3)中控制膜1厚度为10-18um，膜2的厚度为3-8um。

14、优选的，(1)中四氯化钛的水溶液的质量浓度为0.05-0.12％；(3)中四氯化钛的水溶液的质量浓度为0.04-0.1％

15、优选的，(1)中煅烧温度为400-500℃，(4)中煅烧温度为450-550℃，(5)中煅烧温度为400-500℃。

16、优选的，所述(6)电解质溶液为含有0.05mol/l的i2、0.5mol/l的lii、0.5mol/l的四特丁基吡啶的三甲氧基丙腈溶液。

17、优选的，所述联噻吩染料敏化分子的结构式为式(ⅰ)：

18、

19、其中r1＝h、och3、cn、sch3、f中cf3中的任一种；r2＝h；

20、r3＝h、och3、cn、sch3、f中cf3中的任一种；r4＝h。

21、(三)有益的技术效果

22、本发明系统地研究了在联噻吩基础上，构建了一系列不同取代基修饰π共轭桥的新型二噻吩共聚物染料。不同的取代基及其位置也会引起骨架共轭性能和平面性的不同，从而导致键长、二面角的不同。结果表明：(1)在联噻吩桥上引入不同的取代基对分子的共轭效应和平面性有显著的影响；(2)与其它单体对比，单体(p2，p4)有更好的平面性和更强的共轭效应。此外，不同基团修饰的共轭桥对染料的电子结构和光谱结构有很大的影响。集中探究了电子受体的改变如何影响电荷转移。二噻吩共轭桥对d-π-a分子中的电荷转移过程起主导作用。本发明选用了一些常见的官能团来修饰二噻吩π共轭桥上的一特定位置。共轭桥在d-π-a型有机染料中对调控光致电荷转移的时间尺度有重要的作用。

23、从图2可知，对于聚合物p1-p6，其homo值的大小顺序为p2>p1>p4>p5>p6>p3，lumo值顺序是p1>p2>p4>p5>p6>p3。此外，聚合物能隙值(s0→s1)的大小顺序为p2<p5<p1<p4<p3<p6。这些结果清楚地表明：与p1相比较，当在联噻吩桥上引入吸电子基团-cn，-f，-cf3(p3，p5，p6)后可以显著降低homo/lumo能级值，当吸电子基团为-cn，-cf3(p3，p6)homo值比lumo值降低的更多。当吸电子基团为-f(p5)分子的lumo值比homo值降低得多。当在共聚物的联噻吩桥上引入给电子基och3(p2)或sch3(p4)能显著地升高homo值，降低能隙，尤其是当取代基为甲氧基时(p2)，能隙降低明显。上述结果跟以前的报道的homo/lumo值的变化趋势是一致的：即吸电子基团通常可以降低分子轨道的lumo和homo值；而给电子基团可以升高homo和lumo值。综上，聚合物的homo/lumo值可以通过在聚合物的联噻吩桥上引入吸电子基团和给电子基团进行可控的调节；一般而言，voc的大小跟供体的homo值与受体的lumo值的差成正比。因此，根据图1，引入吸电子基cn(p3)、-cf3(p6)在共聚物联噻吩上可以显著提高voc，而给电子基och3引入在联噻吩上，得到相反的结果(p2)。

24、在uv-vis光谱分析图中，联噻吩染料敏化分子化在可见光中有3个明显的吸收峰和近红外区，且这些共聚物的强电子跃迁在可见光区对应homo到lumo的跃迁，homo-1变成lumo+2，homo变成lumo+2，p4表现出具有明显优势的较宽吸收区域和较强的吸收能力，有三个较明显的吸收峰位于可见和近红外区。因此，取代的基团不同对光吸收效率有一定的影响，其中p4产生了较明显的影响，采用p4结构的共聚物可以达到更高的光吸收效率。