含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池。该钌络合物染料含有机阳离子，能改善染料敏化太阳能电池的光电性能，具体地，能提高染料敏化太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子，从而明显提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池。该钌络合物染料含有机阳离子，能改善染料敏化太阳能电池的光电性能，具体地，能提高染料敏化太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子，从而明显提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。【专利说明】含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池
本专利技术属于染料敏化太阳能电池
，更具体地，涉及一种含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池。
技术介绍
能源是人类社会发展进步的驱动力，是人类赖以生存的基础。随着化石类能源的大量逐步消耗，在造成严重环境污染的同时，使人类陷入传统能源逐渐枯竭的困境。太阳能电池直接将太阳能转变成电能，是解决全球能源危机以及降低环境污染的重要方法之一。染料敏化太阳能电池以其制造成本低、可制成大面积、具有可柔性、透光性、色彩可调等优异特性，成为一种非常有应用前景的新型太阳能电池，其中，用于捕获光子的染料对电池效率有关键性的影响。1993年，Griitzel小组发表了 N3染料，其单色光光电转换效率(IPCE)在400nm~600nm可达80%，并在标准AM1.5G太阳光照射下产生了 17mA.cnT2的短路光电流和720mV的开路电压，用其制备的染料敏化太阳能电池得到了 10%的转换效率。2003年，Gratzel小组发表使用N719染料制备的染料敏化太阳能电池，在标准AM1.5G太阳光照射下，其效率提升到10.85%。2004年，Gratzel小组报导了用“黑染料”(black dye)制作的染料敏化太阳能电池，在标准AM1.5G太阳光照射下得到了 11.04%的光电转换效率，这种染料不仅在可见光区域有吸收，甚至在近红外区也有吸收，它的光谱吸收波长达到920nm。在2002年以前，染料敏化太阳能电池 热稳定性较差，严重影响了其实际应用。针对这一问题，Gratzel小组以N3染料为参考，设计并合成出双亲的多吡啶钌染料Z907。将该染料和先进的聚合物凝胶电解质结合，首次实现了在长期高热老化测试条件下染料敏化太阳能电池效率的高稳定性。在保证器件热稳定和光稳定的同时，如何进一步提高效率是染料敏化太阳能电池今后研究的重点。Giiitze丨小组提出了“扩大钌染料光捕获天线超共轭度”的概念，并根据这一概念合成出了新一代的高摩尔消光系数金属钌络合物染料。其中，含有噻吩及其衍生物的金属钌络合物染料表现出良好的光捕获能力，并取得了很高的电池效率。但是，研究人员发现，金属钌络合物染料分子中吸附集团羧基上的质子个数以及阳离子种类会对制备的染料敏化太阳能电池性能有一定影响。因为质子或其他阳离子作用在半导体与吸附染料的界面，影响界面的电子学和电化学性能，从而影响到电池的性能参数，包括短路电流、开路电压甚至填充因子。因此， 选择合适的阳离子种类以及配位数，能够进一步提高染料敏化太阳能电池的效率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种含阳离子的钌络合物染料及其制备的染料敏化太阳能电池，能改善染料敏化太阳能电池的性能，提高其光电转换效率。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种含阳离子的钌络合物染料，其特征在于，其分子结构由化学结构通式I表示；化学结构通式1:【权利要求】1.一种含阳离子的钌络合物染料，其特征在于，其分子结构由化学结构通式I表示；化学结构通式1: 2.如权利要求1所述的含阳离子的钌络合物染料，其特征在于，其分子结构由化学结构式(1-1)或(1-2)表示； 化学结构式(1-1): 3.一种用权利要求1或2所述的含阳离子的钌络合物染料制备的染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括:透明导电基底层、多孔性半导体膜、钌络合物染料、电解质和阴极；其中， 所述透明导电基底层包括透明基板和透明导电膜。4.如权利要求3所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述多孔性半导体膜的半导体微粒由娃、二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、三氧化鹤、五氧化二银和三氧化钛银中的一种或几种构成。5.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述多孔性半导体膜的半导体微粒为二氧化钛。6.如权利要求3至5中任一项所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述多孔性半导体膜的半导体微粒的平均粒径为5~500nm。7.如权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述多孔性半导体膜的半导体微粒的平均粒径为10~50nm。8.如权利要求3至7中任一项所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述多孔性半导体膜的厚度为5~25 μ m。【文档编号】H01G9/20GK103554996SQ201310472588【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日 【专利技术者】王鸣魁, 曹昆, 徐晓宝, 鲁建峰, 崔金, 李俊鹏 申请人:华中科技大学, 昆明贵金属研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含阳离子的钌络合物染料，其特征在于，其分子结构由化学结构通式1表示；化学结构通式1：其中，Y1、Y2各自独立地为氢、X+R1R2R3R4或化学结构通式2～6中的任何一种；化学结构通式2：化学结构通式3：化学结构通式4：化学结构通式5：化学结构通式6：其中，X为氮或磷，R1、R2、R3、R4各自独立地为C1?20烷基、苯基或苯甲基，R5、R6、R7各自独立地为C1?20烷基；其中，X1、X2各自独立地为化学结构通式7～9中的任何一种；化学结构通式7：化学结构通式8：化学结构通式9：其中，R为氢、烷烃基、烷硫基、烷氧基、环烷基、卤烷基或卤素，n=1、2或3，A为氧或硫。FDA0000394138340000011.jpg,FDA0000394138340000012.jpg,FDA0000394138340000013.jpg,FDA0000394138340000014.jpg,FDA0000394138340000021.jpg,FDA0000394138340000022.jpg,FDA0000394138340000023.jpg,FDA0000394138340000024.jpg,FDA0000394138340000025.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸣魁，曹昆，徐晓宝，鲁建峰，崔金，李俊鹏，
申请(专利权)人：华中科技大学，昆明贵金属研究所，
类型：发明
国别省市：