專利名稱：一類用于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料的制作方法
一類用于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一類糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料在全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。背景技術(shù)：
量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池采用窄帯隙的無(wú)機(jī)量子點(diǎn)(quantumdots, QDs)材料如CdSe、CdS等吸附在寬帯隙的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體如二氧化鈦上作為光陽(yáng)極而制作的。 這種窄帯隙的無(wú)機(jī)量子點(diǎn)材料具有如下優(yōu)點(diǎn)l)QDs的帯隙可以通過(guò)改變顆粒的大小實(shí)現(xiàn)可控調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以調(diào)控QDs的光譜響應(yīng)范圍，以達(dá)到和太陽(yáng)光譜良好的匹配；2)QDs具有高的摩爾消光系數(shù)，可以提高太陽(yáng)光的利用率；3)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池可以利用熱電子產(chǎn)生多個(gè)電子空穴對(duì)，因此具有更高的理論轉(zhuǎn)化效率(44% )。電解質(zhì)作為量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的重要組成材料，一般是將氧化還原電對(duì)溶解在特定的溶劑中制備。在電池的工作中，通過(guò)向QDs傳遞電子實(shí)現(xiàn)QDs的再生，并通過(guò)在光陰極接受電子而使電池完成一個(gè)完整的循環(huán)。因此，電解質(zhì)的性能對(duì)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的效率有著至關(guān)重要的影響。目前使用效果最好的電解質(zhì)是以水為溶劑的多硫電解質(zhì)。 然而，這種以水做溶劑的電解質(zhì)不可避免的會(huì)存在揮發(fā)泄露的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電池的穩(wěn)定性，很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。采用有機(jī)空穴傳輸材料代替液態(tài)電解質(zhì)可以組裝成全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池，能解決液態(tài)電解質(zhì)的揮發(fā)泄露問(wèn)題。目前報(bào)道的有機(jī)空穴傳輸材料只有spiro-OMeDAT —種,也是從染料敏化太陽(yáng)能電池中轉(zhuǎn)借而來(lái),并不能很好的滿足量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的需要，因此效率非常低(遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1% )，高效的有機(jī)空穴傳輸材料電解質(zhì)還沒(méi)有被研制出來(lái)。用于量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的有機(jī)空穴傳輸材料應(yīng)當(dāng)具有(I)較高的空穴遷移率；(2)有機(jī)空穴傳輸材料和多孔的二氧化鈦膜之間的接觸要好；3)注入到二氧化鈦膜內(nèi)的電子和空穴傳輸材料中的空穴之間的暗反應(yīng)要小。三苯胺作為P-型半導(dǎo)體，具有較高的空穴遷移率，是很有潛力的一類有機(jī)空穴傳輸材料。如何提高三苯胺分子和多孔二氧化鈦膜的接觸性并抑制二氧化鈦膜內(nèi)的電子和空穴傳輸材料中的空穴之間的暗反應(yīng)是亟需解決的問(wèn)題?；诖耍緦＠谌桨纺阁w上引入了糖類化合物，利用糖上的羥基和多孔二氧化鈦膜進(jìn)行作用，使得這種糖修飾的三苯胺可以較好的吸附在多孔二氧化鈦膜上，增加了其和多孔二氧化鈦膜的接觸性，同時(shí)這種作用也能較好的抑制暗反應(yīng)，取得了良好的效果。 對(duì)已公布的專利和文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，未發(fā)現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容。本發(fā)明專利具有明顯的實(shí)用性、新穎性和創(chuàng)新性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明充分利用羥基可以在二氧化鈦膜上吸附的特性，利用糖類化合物對(duì)三苯胺進(jìn)行修飾，從而得到了一系列三苯胺的衍生物，并將其用在量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中，取得了良好的效果。利用有機(jī)分子和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體相互作用的概念來(lái)設(shè)計(jì)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池電解質(zhì)材料是該發(fā)明的新意之所在。另外，在本發(fā)明專利中制備的一系列三苯胺衍生物是第一次作為有機(jī)空穴傳輸材料應(yīng)用在全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中的， 而且結(jié)果和現(xiàn)有的結(jié)果相比也具有先進(jìn)性。
本發(fā)明的技術(shù)方案在二氧化鈦納米材料的表面存在著懸空的羥基，因此可以和糖中的羥基形成氫鍵；另外二氧化鈦納米材料的表面還有大量配位不飽和的鈦原子，它們非常容易和糖羥基中的氧結(jié)合，形成配位鍵。這種氫鍵和配位鍵共同作用，會(huì)使得糖修飾的三苯胺和多孔的二氧化鈦膜之間的接觸性能大為提高，有利于提高電池的性能。另一方面，注入二氧化鈦中的電子和空穴傳輸材料中的空穴之間的暗反應(yīng)是通過(guò)配位不飽和的鈦原子進(jìn)行的，這種配位作用可以極大的減少表面態(tài)的數(shù)目，抑制暗反應(yīng)的發(fā)生。所述的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料的合成方案本專利所采用的糖類均為多羥基醛，利用醛基和三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)的Wittig反應(yīng)，通過(guò)雙鍵將相應(yīng)的糖類引入到三苯胺上。因此，合成的第一步是制備三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)。三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)制備過(guò)程將碘甲基取代的三苯胺(1-3)和三苯基磷反應(yīng)，得到季磷鹽，然后將得到的季磷鹽和強(qiáng)堿在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)得到相應(yīng)的三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)。將得到的三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)和相應(yīng)的甘油醛、赤蘚糖、蘇阿糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、萊蘇糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古羅糖、艾杜糖、半乳糖和塔羅糖的任意一種反應(yīng)，就得到了相應(yīng)的糖修飾的三苯胺(7-9)。所述的全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的組裝過(guò)程如下I)采用絲網(wǎng)印刷的方法將二氧化鈦漿料印刷在導(dǎo)電玻璃(10)上，通過(guò)印刷的次數(shù)控制厚度，將印好的二氧化鈦膜高溫煅燒，以除掉漿料中的有機(jī)物，并提高二氧化鈦納米顆粒之間的接觸緊密程度；2)煅燒后的二氧化鈦膜(11)浸入半胱氨酸的水溶液，然后用丙酮清洗，最后放入CdSe量子點(diǎn)的甲苯溶液，使CdSe量子點(diǎn)(12)吸附在二氧化鈦電極上得到光陽(yáng)極，3)將合成的有機(jī)空穴傳輸材料(13)溶解在易揮發(fā)的乙腈、二氯甲烷、乙醇任意一種溶劑中，濃度為O. 01 O. 5mol/L ；4)將上述的溶液用旋涂的方法滴加在光陽(yáng)極上，以便使有機(jī)空穴傳輸材料溶液更好的浸入光陽(yáng)極中，并加速溶劑的揮發(fā)；5)在含有有機(jī)空穴傳輸材料的光陽(yáng)極上蒸金，作為對(duì)電極(14)，得到完整的全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。所述材料組裝的全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池達(dá)到了 1-2%的光電轉(zhuǎn)化效率。所述一類用于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料，其特征在于所述的有機(jī)空穴傳輸材料以三苯胺為母體，在三苯胺的a、b、c號(hào)位的任一位置或任意兩個(gè)位置或者三個(gè)位置同時(shí)引入糖類化合物進(jìn)行修飾。
權(quán)利要求
1.一類用于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料，其特征在于所述的有機(jī)空穴傳輸材料以三苯胺為母體，在三苯胺的a、b、c號(hào)位的任一位置或任意兩個(gè)位置或者三個(gè)位置同時(shí)引入糖類化合物進(jìn)行修飾。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一類用于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料，其特征在于所述的糖類化合物可以是甘油醛、赤蘚糖、蘇阿糖、核糖、 阿拉伯糖、木糖、萊蘇糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古羅糖、艾杜糖、半乳糖和塔羅糖的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的一類用于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料，其特征在于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池是通過(guò)如下的步驟進(jìn)行組裝首先將有機(jī)空穴傳輸材料溶解在乙腈、二氯甲烷、乙醇任意一種溶劑中，配成濃度為O. 01 O. 5mol/L的稀溶液；然后通過(guò)旋涂的方法滴加在量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極中，讓溶劑揮發(fā)；最后將金對(duì)電極蒸發(fā)在上述的含有有機(jī)空穴傳輸材料的光陽(yáng)極上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一類用于全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的糖類修飾的三苯胺有機(jī)空穴傳輸材料，其特征在于所述的有機(jī)空穴傳輸材料以三苯胺為母體，在三苯胺的a、b、c號(hào)位的任一位置或任意兩個(gè)位置或者三個(gè)位置同時(shí)引入糖類化合物進(jìn)行修飾，所述的糖類化合物可以是甘油醛、赤蘚糖、蘇阿糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、萊蘇糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古羅糖、艾杜糖、半乳糖和塔羅糖的任意一種。采用本發(fā)明技術(shù)制備的太陽(yáng)能電池，取得了良好的效果。
文檔編號(hào)H01G9/028GK102603542SQ201210052248
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者史繼福, 孫嬿, 李春生, 王耀祖, 王莉娜, 馬雪剛 申請(qǐng)人:河北聯(lián)合大學(xué)