一种染料敏化太阳能电池用染料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种染料敏化太阳能电池用染料及其制备方法 (Dye for dye-sensitized solar cell and preparation method thereof ) 是由 刘群 于虹 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种染料敏化太阳能电池用染料的制备方法,涉及太阳能电池技术领域。本发明染料敏化太阳能电池用染料是由叶黄素、原花青素、酞箐铜、酞箐锌以及香豆素制备而成,其利用植物染料、酞箐类染料以及有机染料复配而成。利用本发明染料制备的染料敏化太阳能电池具有优良的光电转化率,同时本发明的染料还具有成本低的特点。(The invention discloses a preparation method of a dye for a dye-sensitized solar cell, and relates to the technical field of solar cells. The dye for the dye-sensitized solar cell is prepared from lutein, procyanidine, copper phthalocyanine, zinc phthalocyanine and coumarin, and is prepared by compounding a plant dye, a phthalocyanine dye and an organic dye. The dye-sensitized solar cell prepared by the dye has excellent photoelectric conversion rate, and the dye has the characteristic of low cost.)
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池用染料及其制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池(DSSC)是基于纳米技术发展起来的一种新型的廉价的薄膜太阳能电池。它是基于由光敏电极和电解质构成的半导体，是一个电气化学系统。染料敏化太阳能电池成本低廉且不需要精密仪器加工制造，同时机械强度高，可以抵抗树枝或冰雹撞击。
染料分子是影响染料敏化太阳能电池光捕获效率及电子注入效率的关键组分。为了提高染料敏化太阳能电池的性能，染料分子需要满足以下条件：
(1)染料分子应具有高的摩尔消光系数，且宽的光谱响应范围，以达到与太阳光谱的最大重叠；
(2)染料分子与半导体表面应有强的相互作用；
(3)染料分子的激发态氧化还原电势应高于半导体导带边缘；
(4)染料分子的基态氧化还原电势应低于电对的氧化还原电势差值为染料分子聚集，染料分子应具有较优的分子构型；
(5)染料分子应具有足够的稳定性。
目前DSSC常用的染料主要有：钉基多吡啶配合物、卟啉类、酞箐类、纯有机染料等。其中酞箐类化合物由于生产工艺简单、成本低且对环境污染小、光电性能优良而备受关注，已成为研究开发的热点。
发明内容
为此，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池用染料，其是利用植物染料、酞箐类染料以及有机染料构成，该染料具有成本低且光电性能优良的特点。
一种染料敏化太阳能电池用染料是由以下质量百分数的原料构成：
叶黄素40-70％；
原花青素10-30％
酞箐铜1-10％；
酞箐锌1-10％；
香豆素1-10％；
以上原料的质量之和为100％。
优选地，本发明染料敏化太阳能电池用染料是由以下质量百分数的原料构成：
叶黄素50-70％；
原花青素10-30％；
酞箐铜3-10％；
酞箐锌3-10％；
香豆素3-10％；
以上原料的质量之和为100％。
更优选地，本发明染料敏化太阳能电池用染料是由以下质量百分数的原料构成：
叶黄素50-60％；
原花青素10-30％；
酞箐铜5-10％；
酞箐锌5-10％；
香豆素5-10％；
以上原料的质量之和为100％。
进一步优选地，染料敏化太阳能电池用染料是由以下质量百分数的原料构成：
叶黄素50-60％；
原花青素20-30％；
酞箐铜5-10％；
酞箐锌5-10％；
香豆素5-10％；
以上原料的质量之和为100％。
其中在一些实施例中，本发明所述叶黄素的制备方法如下：
1)将万寿菊花打浆后加入萃取剂，并调整萃取体系的pH值为10-12，进行多次萃取，固液分离后得到萃取液；
2)将萃取液进行减压蒸馏、浓缩、干燥得到固体萃取物；
3)将固体萃取物进行精制后得到叶黄素。
优选地，步骤1)所述的萃取剂为体积比为1:4的四氢呋喃和乙醇混合液。
优选地，步骤3)所述的精制工艺是将固体萃取物在四氢呋喃中浸泡10-30min，然后减压蒸干，并利用乙醇多次洗涤，干燥后再将其溶解在四氢呋喃乙醇溶剂中，在温度为0-5℃下重结晶，过滤、洗涤干燥后得到叶黄素，所述四氢呋喃乙醇溶剂是将四氢呋喃和乙醇按体积比为1:1混合而成。
在一些实施例中，所述原花青素为蓝莓原花青素、蔓越莓原花青素、枸杞原花青素中的至少一种。
本发明还提供了染料敏化太阳能电池用染料的制备方法，具体是将称取的原料加入到乙醇中，经超声混合均匀后，蒸发除去乙醇，干燥研磨粉碎后得到染料敏化太阳能电池用染料。
优选地，所述超声波频率为500-1000Hz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明染料敏化太阳能电池用染料能够显著提高染料敏化太阳能电池的光电转化效。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种染料敏化太阳能电池用染料的制备方法如下：
S1、按比例称取以下质量百分数的原料：
叶黄素55％；蓝莓原花青素25％；酞箐铜5％；酞箐锌5％；香豆素10％；其中叶黄素的制备方法如下：
1)将万寿菊花打浆后加入萃取剂(体积比为1:4的四氢呋喃和乙醇混合液)，并调整萃取体系的pH值为11，进行多次萃取，固液分离后得到萃取液；
2)将萃取液进行减压蒸馏、浓缩、干燥得到固体萃取物；
3)将固体萃取物在四氢呋喃中浸泡30min，然后减压蒸干，并利用乙醇多次洗涤，干燥后再将其溶解在四氢呋喃乙醇溶剂中，在温度为0-5℃下重结晶，过滤、洗涤干燥后得到叶黄素，所述四氢呋喃乙醇溶剂是将四氢呋喃和乙醇按体积比为1:1混合而成。
S2、将称取的原料加入到乙醇中，经超声混合均匀后，蒸发除去乙醇，干燥研磨粉碎后得到染料敏化太阳能电池用染料，其中超声波频率为800Hz。
将该染料浸染染料敏化太阳能电池的光电极，测得光电转化效率为15.13％。
实施例2
一种染料敏化太阳能电池用染料的制备方法如下：
S1、按比例称取以下质量百分数的原料：
叶黄素60％；蔓越莓原花青素20％；酞箐铜10％；酞箐锌5％；香豆素5％；其中叶黄素的制备方法如下：
1)将万寿菊花打浆后加入萃取剂(体积比为1:4的四氢呋喃和乙醇混合液)，并调整萃取体系的pH值为11，进行多次萃取，固液分离后得到萃取液；
2)将萃取液进行减压蒸馏、浓缩、干燥得到固体萃取物；
3)将固体萃取物在四氢呋喃中浸泡30min，然后减压蒸干，并利用乙醇多次洗涤，干燥后再将其溶解在四氢呋喃乙醇溶剂中，在温度为0-5℃下重结晶，过滤、洗涤干燥后得到叶黄素，所述四氢呋喃乙醇溶剂是将四氢呋喃和乙醇按体积比为1:1混合而成。
S2、将称取的原料加入到乙醇中，经超声混合均匀后，蒸发除去乙醇，干燥研磨粉碎后得到染料敏化太阳能电池用染料，其中超声波频率为800Hz。
将该染料浸染染料敏化太阳能电池的光电极，测得光电转化效率为13.52％。
实施例3
一种染料敏化太阳能电池用染料的制备方法如下：
S1、按比例称取以下质量百分数的原料：
叶黄素50％；枸杞原花青素30％；酞箐铜5％；酞箐锌5％；香豆素10％；其中叶黄素的制备方法如下：
1)将万寿菊花打浆后加入萃取剂(体积比为1:4的四氢呋喃和乙醇混合液)，并调整萃取体系的pH值为11，进行多次萃取，固液分离后得到萃取液；
2)将萃取液进行减压蒸馏、浓缩、干燥得到固体萃取物；
3)将固体萃取物在四氢呋喃中浸泡30min，然后减压蒸干，并利用乙醇多次洗涤，干燥后再将其溶解在四氢呋喃乙醇溶剂中，在温度为0-5℃下重结晶，过滤、洗涤干燥后得到叶黄素，所述四氢呋喃乙醇溶剂是将四氢呋喃和乙醇按体积比为1:1混合而成。
S2、将称取的原料加入到乙醇中，经超声混合均匀后，蒸发除去乙醇，干燥研磨粉碎后得到染料敏化太阳能电池用染料，其中超声波频率为800Hz。
将该染料浸染染料敏化太阳能电池的光电极，测得光电转化效率为14.25％。
对比例1
一种染料敏化太阳能电池用染料的制备方法如下：
S1、按比例称取以下质量百分数的原料：
叶黄素80％；蓝莓原花青素20％；其中叶黄素的制备方法如下：
1)将万寿菊花打浆后加入萃取剂(体积比为1:4的四氢呋喃和乙醇混合液)，并调整萃取体系的pH值为11，进行多次萃取，固液分离后得到萃取液；
2)将萃取液进行减压蒸馏、浓缩、干燥得到固体萃取物；
3)将固体萃取物在四氢呋喃中浸泡30min，然后减压蒸干，并利用乙醇多次洗涤，干燥后再将其溶解在四氢呋喃乙醇溶剂中，在温度为0-5℃下重结晶，过滤、洗涤干燥后得到叶黄素，所述四氢呋喃乙醇溶剂是将四氢呋喃和乙醇按体积比为1:1混合而成。
S2、将称取的原料加入到乙醇中，经超声混合均匀后，蒸发除去乙醇，干燥研磨粉碎后得到染料敏化太阳能电池用染料，其中超声波频率为800Hz。
将该染料浸染染料敏化太阳能电池的光电极，测得光电转化效率为8.30％。
对比例2
一种染料敏化太阳能电池用染料的制备方法如下：
S1、按比例称取以下质量百分数的原料：
叶黄素55％、蓝莓原花青素25％、酞箐铜20％；其中叶黄素的制备方法如下：
1)将万寿菊花打浆后加入萃取剂(体积比为1:4的四氢呋喃和乙醇混合液)，并调整萃取体系的pH值为11，进行多次萃取，固液分离后得到萃取液；
2)将萃取液进行减压蒸馏、浓缩、干燥得到固体萃取物；
3)将固体萃取物在四氢呋喃中浸泡30min，然后减压蒸干，并利用乙醇多次洗涤，干燥后再将其溶解在四氢呋喃乙醇溶剂中，在温度为0-5℃下重结晶，过滤、洗涤干燥后得到叶黄素，所述四氢呋喃乙醇溶剂是将四氢呋喃和乙醇按体积比为1:1混合而成。
S2、将称取的原料加入到乙醇中，经超声混合均匀后，蒸发除去乙醇，干燥研磨粉碎后得到染料敏化太阳能电池用染料，其中超声波频率为800Hz。
将该染料浸染染料敏化太阳能电池的光电极，测得光电转化效率为9.45％。
对比例3
一种染料敏化太阳能电池用染料的制备方法如下：
S1、按比例称取以下质量百分数的原料：
叶黄素80％；酞箐铜5％；酞箐锌5％；香豆素10％；其中叶黄素的制备方法如下：
1)将万寿菊花打浆后加入萃取剂(体积比为1:4的四氢呋喃和乙醇混合液)，并调整萃取体系的pH值为11，进行多次萃取，固液分离后得到萃取液；
2)将萃取液进行减压蒸馏、浓缩、干燥得到固体萃取物；
3)将固体萃取物在四氢呋喃中浸泡30min，然后减压蒸干，并利用乙醇多次洗涤，干燥后再将其溶解在四氢呋喃乙醇溶剂中，在温度为0-5℃下重结晶，过滤、洗涤干燥后得到叶黄素，所述四氢呋喃乙醇溶剂是将四氢呋喃和乙醇按体积比为1:1混合而成。
S2、将称取的原料加入到乙醇中，经超声混合均匀后，蒸发除去乙醇，干燥研磨粉碎后得到染料敏化太阳能电池用染料，其中超声波频率为800Hz。
将该染料浸染染料敏化太阳能电池光电极，测得光电转化效率为8.01％。
需要说明的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例，显然本发明不仅仅限于以上实施例，还可以有其他变形。本领域的技术人员从本发明公开内容直接导出或间接引申的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
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