高电导性的空穴传输材料以及利用其的染料敏化太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供一种可降低光电子复合反应的高电导性空穴传输材料以及利用其的染料敏化太阳能电池。所述空穴传输材料利用具有根据本发明专利技术的化学式（1）或者（2）表示结构的化合物而形成。所述固相染料敏化太阳能电池包括通过光电聚合或者热聚合，将所述化合物涂布于无机氧化物层，从而形成的空穴传输材料层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高电导性的空穴传输材料以及利用其的染料敏化太阳能电池
本专利技术涉及一种降低光电子复合(photoelectronrecombination)反应的高电导性空穴传输材料以及利用其的染料敏化太阳能电池。更详细地说，涉及一种新型的降低光电子复合反应，同时电导性提高的空穴传输材料；以及一种固相(solidstate)染料敏化太阳能电池，其通过上述空穴传输材料的光电聚合(photoelectrochemicalpolymerization)或者热聚合(thermalpolymerization)形成高分子电导层，未使用具有腐蚀性的碘和碘离子。
技术介绍
太阳能电池元件是指将太阳光转换成能量，从而直接产生电的元件。其以1839年，法国物理学家贝克勒尔(Becquerel)发现了光电动势，后又发现了类似的现象还发生在硒等固体上的事实为基础。1991年，瑞士的格雷策尔(Gratzel)研究组公开了将钌(卟啉)(Ru(phophyrine))染料化学吸附至以锐钛型二氧化钛为基础的半导体薄膜上，并利用包括碘和碘盐的溶液作为电解质而制备的染料敏化太阳能电池(DSSC)，其光电转换效率(light-to-electricalconversionefficiency)约为10％。由于染料敏化太阳能电池具有优异的光电转换效率，因此被认为是能替代现有的硅二极管的最为先进的技术之一。一般染料敏化太阳能电池包括：半导体电极，其是通过在掺杂有氟(F)或者铟(In)的具有高电导性的无机氧化物电极上，涂布由吸附有染料的多孔性二氧化钛(TiO2)纳米粒子构成的半导体而成的；相对电极，其涂布有铂金(Pt)或者碳(C)；电解质，其填充于上述两个电极之间。即染料敏化太阳能电池具有利用光电化学反应的结构，其是通过在透明电极和金属电极之间插入吸附有染料的无机氧化物层和电解质或者空穴传输材料而实现的。虽然染料敏化太阳能电池的制备成本比硅太阳能电池约低廉20％，但其具有与无定型硅系列太阳能电池不相上下的高光电转换效率，因此被认为具有极高的产业化可能性(参见美国专利第4,927721号以及美国专利第5,350,644号)。有报道称，使用液体电解质的染料敏化太阳能电池具有寿命短、由液体电解质的渗漏液引起的效率的降低等缺点，而上述染料敏化太阳能电池中使用固体电解质或者空穴传输材料(HTM)的固相染料敏化太阳能电池可弥补上述缺点。1997年，柳田(Yanagida)研究组公开的染料敏化太阳能电池是利用光电特性，将电导性材料通过光电聚合涂布在吸附有染料的半导体电极上，并在相对电极达到涂布上述电导性材料的半导体电极之前，涂布少量包含金属盐的离子型液体电解质的结构(参见MurakoshiK，KogureR，WadaY，andYanagidaS，Chem.Lett.,5，471(1997))。将吸附有染料的半导体电极和相对电极(铂金等)，浸渍于溶解了电导性材料的前体和电解质的溶液中，并同时照射可激发染料的波长的光，在两个电极上施加电流或者电压，从而实现依赖光电聚合的电导性材料涂布。光电聚合的原理是从被光激发的染料中生成电子和空穴，通过施加在两个电极的电流或者电压，溶解于电解质的前体在染料周边发生氧化，从而实现聚合。以上述结构形成的染料敏化太阳能电池元件的驱动原理是：向吸附有染料的钛氧化物层照射光后，吸收光子的染料形成激发子(exciton)，从基态变化为激发态。此时，电子-空穴对各自分离，其中电子注入到电极的无机氧化物层，空穴移至空穴传输材料层。注入的电子通过外部电路的导线向相对电极移动产生电流，后被空穴传输材料还原，其不断的移动激发态的电子，从而形成电路。为提高染料敏化太阳能电池的光电变换效率需要提高短路电流、开放电压以及最大输出功率。在固相染料敏化太阳能电池中，由于注入到半导体氧化物的电子和移动至空穴传输材料的空穴间的复合反应非常大，因此提高上述因素的最佳方法为防止复合反应。由此已开发出了很多防止光电子和空穴的复合，或者提高空穴传输材料能力等方法。首先，有一种技术，其在染料或者p-型半导体的空穴传输材料中，导入对锂进行螯合的乙二醇，从而可通过屏障效果防止复合(参见HenryJ.Snaith,AdamJ.Moule,CedricKlein,KlausMeerholz,RichardH.Friend,andMichaelGratzel,NanoLetters，7，3372(2007)；TaihoPark,SaifA.Haque,RobertoJ.Potter,AndrewB.Holmes,andJamesR.Durrant,Chem,Chem.Comm.11，2878(2003))。其次，还有一种技术，其使用用于掺杂光电聚合用空穴传输材料的盐的阴离子(例如磺酰胺)提升空穴传输材料的电导性，从而由此增大短路电流以及开放电压(参见JiangbinXia,NaruhikoMasaki,MonicaLira-Cantu,YukyeongKim,KejianJiang,andShozoYanagida,J.Am.Chem.Soc.,130，1258(2008))。然而制备同时能满足上述两种优点的固相染料敏化太阳能电池元件非常困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于，提供一种减少光电子复合反应的同时，还能提高电导性的空穴传输材料以及为此提供一种新型的化合物。并且，本专利技术的目的在于，提供一种固相染料敏化太阳能电池，其具有通过所述化合物的聚合而形成的高分子层，在不使用碘和碘盐的条件下，还能显著提高光电转换效率。技术方案本专利技术提供一种聚合了下述由化学式(1)或者化学式(2)表示的化合物的空穴传输材料。其中，R1、R2以及R4是各自独立的为氢、包括1-20个碳原子的寡聚乙二醇包括1-20个碳原子的寡聚丙二醇C1-C20烷基、C1-C20杂烷基、C3-C20环烷基、C1-C20杂环烷基、C1-C20芳基或者C1-C20杂芳基；R3是氢或者卤原子；n是1-5的自然数，可包含杂原子替代氢原子；m是1或者2；X是氮原子、硫原子或者硒原子。在所述化学式(1)或者(2)中，优选R1、R2以及R4中至少有一个是包含1-20个碳原子的寡聚乙二醇。更优选的是，所述化学式(1)中，R1以及R2中有一个是包含1-20个碳原子的寡聚乙二醇；而所述化学式(2)中，R1、R2以及R4中有一个是包含1-20个碳原子的寡聚乙二醇。所述化学式(1)或者(2)的化合物，例如可包括：1,4-双-2-(3,4-亚乙二氧基噻吩基)-2-(2-甲氧基乙氧基)苯[1,4--2-(3,4-)-2-(2-)]；1,4-双-2-(3,4-亚乙二氧基噻吩基)-2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]苯{1,4--2-(3,4-)-2[2-(2-)}；1,4-双-2-(3,4-亚乙二氧基噻吩基)-2-{2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯{1,4--2-(3,4-)-2-{2-[2-(2-)]}}；1,4-双[2-(3,4-亚乙二氧基)噻吩基]-2,5-双三甘醇苯甲醚{1,4-[2-(3,4-)]-2,5-bis-EDOT-TB}；1,4-二溴-2,5-双[(3,4-亚乙二氧基)苯硫基]-2,5-双四甘醇苯{本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.04 KR 10-2011-00777001.一种固相染料敏化太阳能电池，其特征在于，在吸附有染料的无机氧化物半导体电极上，形成下述化学式(1)所示的化合物进行聚合而得的空穴传输层，在所述空穴传输层依次形成有离子型液体电解质层及第2电极；其中，所述化合物为1,4-双-2-(3,4-亚乙二氧基噻吩基)-2-(2-甲氧基乙氧基)苯；1,4-双-2-(3,4-亚乙二氧基噻吩基)-2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]苯；1,4-双-2-(3,4-亚乙二氧基噻吩基)-2-{2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯；1,4-双[2-(3,4-亚乙二氧基)噻吩基]-2,5-双三甘醇苯甲醚；1,4-二溴-2,5-双[(3,4-亚乙二氧基)苯硫基]-2,5-双四甘醇苯；1,4-二溴-2,5-双[(3,4-亚乙二氧基)苯硫基]三甘醇苯或1,4-双[2-(3,4-亚乙二氧基)噻吩基]-2,5-双三甘醇苯甲醚。2.根据权利要求1所述的固相染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述无机氧化物半导体电极是二氧化钛纳米粒子。3.根据权利要求1或2所述的固相染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述染料包括钌类染料、呫吨染料、花青染料、卟啉染料和蒽醌染料。4.根据权利要求1或2所述的固相染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述染料包括有机染料。5.根据权利要求1或2所述的固相染...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴泰镐，宋仁永，
申请(专利权)人：浦项工科大学校产学协力团，
类型：
国别省市：